SISTEM PROTEKSI GENERATOR PADA PLTG WESTINGHOUSE W-251

Transkripsi

1 Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI GENERATOR PADA PLTG WESTINGHOUSE W-251 Fitria Prasetiawati 1, Ir. Tejo Sukmadi, M.T. 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, tembalang, Semarang, Indonesia fitriaprasetiawati@gmail.com Abstrak Tenaga listrik merupakan salah satu faktor dalam pembangunan suatu Negara. Hal ini terlihat bahwa kemajuan suatu Negara dapat diukur dari konsumsi tenaga listrik per kapita Negara tersebut. Kebutuhan tenaga listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Sejalan dengan peningkatan kebutuhan tenaga listrik tersebut, produksi tenaga listrik juga terus meningkat. Untuk memenuhi kebutuhan tenaga listrik, PT. Indonesia Power sebagai salah satu anak perusahaan milik PT. PLN (persero) merupakan perusahaan yang bergerak di bidang ketenagalistrikan memiliki delapan Unit Bisnis Pembangkit dan satu Unit Bisnis Jasa Pemeliharaan dengan kapasitas pembangkitan terbesar di Indonesia. Kapasitas yang besar tersebut disuplai dari berbagai jenis pembangkit listrik salah satunya adalah PLTG. Di PLTG (Pembangkit Listrik Tenaga Gas), k eandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik untuk kebutuhan konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan di PLTG. Dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem melalui analisa gangguan. Maka di PLTG dilakukan penerapan sistem proteksi generator untuk menghindari adanya gangguan yang terjadi pada generator dan cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan menjadi sekecil mungkin. Kata kunci : PLTG, generator, analisa gangguan generator, sistem proteksi generator BAB I : PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di Indonesia kebutuhan tenaga listrik dari tahun ke tahun terus mengalami peningkatan. Untuk memenuhi kebutuhan tenaga listrik, PT. Indonesia Power sebagai salah satu anak perusahaan milik PT. PLN (persero) merupakan perusahaan yang bergerak di bidang ketenagalistrikan memiliki pembangkit-pembangkit yang memiliki rancangan mesin yang umumnya jarang sekali mengalami gangguan, hal ini disebabkan karena adanya penggunaan bahan-bahan bermutu tinggi, teknis pengerjaan dan pengendalian mutu yang lebih baik. Walaupun demikian kemungkinan terjadinya gangguan tidak dapat dihindarkan. Gangguan dapat menyebabkan kerusakan pada mesin yang sedang dioperasikan dan biasanya akan diikuti dengan pemutusan suplai. Mengingat generator merupakan peralatan yang penting dan nilainya juga cukup mahal (biaya penggantian maupun perbaikan mesin lama) maka diusahakan pengaruh gangguan dibatasi sampai sekecil

2 mungkin. Antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat. Maka dilakukan penerapan sistem proteksi generator untuk menghindari adanya gangguan yang terjadi pada generator dan cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan menjadi sekecil mungkin. 1.2 Tujuan Tujuan dalam kerja praktek ini adalah untuk memperkenalkan membahas sistem pengoperasian PLTG Cilacap dan tentang karakter serta gangguan-gangguan dan sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik yang meliputi: generator. 1.3 Pembatasan Masalah Dalam pembuatan laporan ini penulis membatasi masalah tentang sistem proteksi generator pada PLTG Westinghouse W-251 Cilacap. BAB II : DASAR TEORI 2.1 Sistem Pengoperasian PLTG Westinghouse W-251 Cilacap Gambar 2.1 Prinsip Kerja PLTG Mula-mula udara dari atmosfir ditekan didalam kompresor hingga temperature dan tekanannya naik dan proses ini biasa disebut dengan proses kompresi dimana sebagian udara yang dihasilkan ini digunakan sebagai udara pembakaran dan sebagiannya digunakan untuk mendinginkan bagian-bagian turbin gas. Didalam ruang bakar sebagian udara pembakaran tersebut akan bercampur dengan bahan bakar yang diinjeksikan kedalamnya akan menghasilkan proses pembakaran hingga menghasilkan gas panas (energi panas) dengan temperature dan tekanan yang tinggi, dari energi panas yang dihasilkan inilah kemudian akan dimanfaatkan untuk memutar turbin dimana didalam sudu-sudu gerak dan sudusudu diam turbin, gas panas tersebut temperature dan tekanan mengalami penurunan dan proses ini biasa disebut dengan proses ekspansi. Selanjutnya energi mekanis yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk memutar generator hingga menghasilkan energi listrik. 2.2 Komponen Utama PLTG Westinghouse W-251 Cilacap 1. Accessory Gear Accessory Gear adalah suatau lemari roda gigi yang mendapat sumber gerak dari turbin dan mentransmisikan putaran turbin pada alat-alat. 2. Kompresor (Compressor ) Kompresor yang diguankan pada PLTG Westinghouse W-251 CILACAP adalah kompresor jenis aksial dengan sudu-dudu sebanyak 17 tingkat. 3. Ruang Bakar ( Combustion Chamber ) Ruang bakar adalah salah satu komponen utama dalam pembagkit listrik tenaga gas yang berfunsi untuk melakasanakan dan sebagai tempat pembakaran bahan bakar dari turbin. 4. Turbin Gas Turbin gas adalah suatu pesawat kalori yang tergolong dalam Internal Combustion Engine (IEC) atau disering disebut dengan mesin pembakar didalam. 5. Load Gear Load gear berfungsi untuk memindahkan daya yang dihasilkan turbin ke generator. 6. Generator Generator berfungsi untuk membangkitkan tenaga listrik. 2.3 Sistem Alat Bantu PLTG Westinghouse W-251 Cilacap

3 1. Starting Device (Diesel) Fungsi diesel adalah sebagai peralatan penggerak mula (prime mover) untuk membantu start turbin gas pada saat awal start. 2. Lube Oil System Merupakan system alat bantu yang berfungsi sebagai media pendingin diantara dua bagian peralatan mesin yang saling bergesekan atau bersentuhan sehingga menimbulkan panas. 3. Lube Oil Cooler System Lube Oil Cooler System merupakan alat bantu yang berfungsi untuk mendinginkan minyak pelu mas yang bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari fungsi minyak pelumas tersebut sebagai pendingin dari bagian-bagian mesin. 4. Fuel Oil System Merupakan bagian system alat-alat bantu yang berfungsi untuk menyuplai bahan bakar minyak dari tanki timbun ke dalam ruang bakar. 5. Air-Air Cooler System Merupakan bagian dari system alatalat bantu yang berfungsi untuk mendinginkan rotor turbin dan sudu-sudu gerak turbin melalui media pendingin udara. 6. Automizing Air System Adalah alat bantu yang berfungsi untuk mengkabutkan bahan bakar agar mudah terbakar sebelum kompresor utama belum mampu menyediakan tekanan dan flow yang cukup. 7. Sistem Suplai Udara untuk Sistem Udara Instrumen Suplai udara untuk pengabut dan instrument disediakan oleh tangkki udara, pada waktu start, sebelum tekanan compressor utama belum mencukupi. 8. Over Speed Trip System Adalah sistem yang akan memberhentikan unit apabila terjadi kondisi putaran lebih yang akan membahayakan peralatan mesin. BAB III : TEORI GENERATOR 3.1 Prinsip Kerja Generator Generator adalah suatu penghasil tenaga listrik dengan landasan hokum Faraday. Jika pada sekeliling penghantar terjadi perubahan medan magnet, maka pada penghantar tersebut akan dibangkitkan suatu Gaya Gerak Listrik (GGL) yang sifatnya menentang perubahan medan tersebut. Untuk dapat terjadinya Gaya Gerak Listrik diperlukan dua kategori masukan,yaitu: 1. Masukan tenaga mekanis yang akan dihasilkan oleh penggerak mula (prime mover). 2. Arus masukan yang berupa arus searah yang akan menghasilkan medan magnet yang dapat diatur dengan mudah. 3.2 Konstruksi Generator Gambar 3.1 Konstruksi Generator Generator terdiri dari dua bagian yang paling utama, yaitu: 1. Bagian yang diam (Stator) Bagian yang diam (stator) terdiri dari beberapa bagian, yaitu: a. Inti stator Bentuk dari inti stator ini berupa cincin laminasi-laminasi yang diikat serapat mungkin untuk menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses). Pada inti ini terdapat slot-slot untuk menempatkan konduktor dan untuk mengatur arah medan magnetnya. b. Belitan stator Bagian stator yang terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di dalam slot-slot dan ujung-ujung

4 kumparan. Masing-masing slot dihubungkan untuk mendapatkan tegangan induksi. c. Alur stator Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator ditempatkan. d. Rumah stator Bagian dari stator yang umumnya terbuat dari besi tuang yang berbentuk silinder. Bagian belakang dari rumah stator ini biasanya memiliki sirip-sirip sebagai alat bantu dalam proses pendinginan. 2. Bagian yang bergerak (Rotor) Rotor adalah bagian generator yang bergerak atau berputar. Antara rotor dan stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri dari dua bagian umum, yaitu: 1. Inti kutub 2. Kumparan medan BAB IV : S ISTEM PROTEKS I GENERATOR PADA PLTG WES TINGHOUS E W-251 CILACAP 4.1 Sistem Proteksi Tenaga Listrik Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatanperalatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain: hubung singkat, tegangan lebih, beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron. Dengan kata lain sistem proteksi itu bermanfaat untuk: 1. Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat. 2. Cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin. 3. Dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik. 4. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu : a. Selektivitas dan diskriminasi Efektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kesanggupan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja. b. Stabilitas Sifat yang tetap inoperatif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar). c. Kecepatan Operasi Semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagianbagian yang terganggu sebelum generatorgenerator yang dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem. d. Sensitivitas (kepekaan). Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai presentase dari arus sekunder (trafo arus). e. Pertimbangan ekonomis Proteksi relative mahal, namun demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan sistem adalah vital. Biasanya digunakan dua sistem proteksi yang terpisah yaitu proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up). f. Realiabilitas (kendalan) Sifat ini jelas, penyebab utama dari outage rangkaian adalah tidak

5 bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya (mal operation). g. Proteksi pendukung Proteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang spenuhnya terpisah dan bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja. Sistem pendukung ini sedapat mungkin independen seperti halnya proteksi utama, memiliki trafo-trafo dan rele-rele tersendiri. Secara umum, komponen-komponen sistem proteksi terdiri dari: 1. Trafo instrumen (instrument transformer) Berupa trafo arus (current transformer/ct) dan trafo tegangan (potential transformer/pt). Trafo arus berfungsi untuk mendeteksi arus yang mengalir pada sistem tenaga kemudian mentransfer ke arus yang cukup kecil sehingga bisa dipakai sebagai masukan Relai atau alat ukur. Dengan adanya trafo arus maka gangguan arus lebih dapat dideteksi. 2. Relai (Relay) Merupakan peralatan pengambil keputusan dalam sistem proteksi. Dengan melihat masukan dari trafo instrumen dan mempertimbangkan setting yang diterapkan pada relai tersebut, maka relai dapat mengambil keputusan untuk memberi order trip atau tidak kepada peralatan pemutus (PMT). 3. Pemutus Tenaga (Circuit breaker) Adalah peralatan untuk memutuskan rangkaian sistem tenaga dalam keadaan berbeban maupun mengalami gangguan. 4. Suplai arus searah (DC supply) Berupa baterai yang berfungsi untuk memberi suplai kepada relai dan rangkaian kontrol / proteksi. 5. Pengawatan (Wiring) Keseluruhan peralatan proteksi tersebut diatas harus dirangkai sehingga merupakan suatu sistem yang disebut Fault Clearing System (FCS). 4.2 Sistem Proteksi Generator pada PLTG Westinghouse W-251 Cilacap Gangguan yang terjadi pada generator disebabkan antara lain: 1. Hubung singkat (short-circuit) pada lilitan stator Gangguan pada lilitan stator dapat diklasifikasikan sebagai gangguan hubung singkat fasa ke fasa, hubung singkat fasa dengan tanah, hubung singkat antara lilitan dengan lilitan pada fasa yang sama dan rangkaian terbuka. Kegagalan isolasi lilitan dapat disebabkan oleh tegangan lebih, menurunnya ketahanan dielektrik, atau kombinasi keduanya. Tegangan lebih dapat disebabkan oleh switching transient, petir, atau gabungan kecepatan lebih dengan beban hilang yang mendadak. Hubung singkat fasa ke fasa Untuk mengamankan masing-masing lilitan fasa generator dapat menggunakan rele arus lebih yang dihubung diferensial. Hubung Singkat Fasa dengan Tanah Generator-generator tegangan tinggi biasanya dihubung bintang dengan titik netralnya dapat ditanahkan secara langsung atau melalui impedansi atau sama sekali tidak ditanahkan. Penggunaan impedansi pada suatu sistem pentanahan dimaksudkan untuk membatasi arus hubung singkat ketanah. Hubung Singkat Antar Lilitan Pada Fasa Yang Sama Bermacam-macam skema pengaman telah dibuat namun umumnya tidak praktis dan terbatas pada konstruksi generator itu sendiri. Untuk generator yang mempunyai lilitan tunggal (single layer) hubung singkat antar lilitan pada fasa yang sama tidak akan terjadi tanpa mengikut sertakan gangguan hubung tanah. Umumnya pengaman gangguan ini jarang sekali digunakan dalam praktek.

6 2. Gangguan di luar Generator Adanya hubung pendek, mechanical stress pada gulungan stator. Jika mechanical stress sudah terdapat pada gulungan stator maka operasi selanjutnya akan memperparah kondisi gulungan, kenaikan temperature walaupun perlahanlahan akan menaikkan temperature ke kondisi yang membahayakan. Gangguan ini dapat menimbulkan asimetri, vibrasi besar dan rotor menjadi overheating. Untuk proteksi generator akibat gangguan ini di gunakan Overcurrent dan Earth Fault Protection sebagai back up protection. Relay differensial digunakan untuk mendeteksi perbedaan arus pada gulungan generator atau trafo. 3. Thermal Loading Pembebanan yang berlebih pada generator akan mengakibatkan kenaikan temperatur gulungan stator (overheating) sampai isolasi menjadi rusak, sehingga usia pemakaiannya menjadi lebih pendek. 4. Beban Tak Seimbang (Unbalanced Loading) = Negative Phase Sequence Jika generator memikul beban tak seimbang terus menerus, atau arus yang di terimanya melebihi 10% dari rating arus, ini dapat menimbulkan bahaya pada rotor silinder dari generator. 5. Kehilangan Eksitasi (Loss of Field) Ini berakibat hilangnya sinkronisasi dan kecepatan naik sedikit. Penyebabnya karena terbukanya sakelar medan (field cirkuit breaker). Akibatnya tergantung hubungannya terhadap beban. Kehilangan eksitasi dapat terjadi karena adanya hubung singkat ganguan dalam AVR (Automatic Voltage Regulator). Sistem proteksi generator harus memiliki dua kriteria, yaitu mesti cukup sensitive untuk mendeteksi semua jenis gangguan pada generator, sedangkan di sisi lain tidak mengganggu jalannya sistem saat terjadi gangguan yang tidak parah. Oleh karena itu perlu dipasang pengaman untuk mencegah gangguan pada generator diantaranya : 1. Pengamanan Pemanasan Lebih Stator Bentuk relai pengaman suhu lebih dengan tahanan detector suhu yang dipasang sesuai dengan jembatan wheatstone, dan dipasang relai arah dimana arus yang mengalir pada rangkaian galvanometer merupakan kumparan kerja relai. 2. Pengaman Tegangan Lebih Tegangan lebih pada generator dapat terjadi karena terjadinya putaran lebih atau terganggunya pengatur tegangan otomatis (automatis voltage regulator, AVR). Pengaman tegangan lebih disarankan untuk digunakan untuk generator turbin air atau turbin gas untuk mendeteksi adanya tegangan lebih yang terjadi karena terjadinya putaran lebih akibat hilangnya beban seketika, karena air atau bahan bakar gas tidak dapat dihentikan dengan tiba tiba. Relai ini umumnya tidak digunakan pada generator turbin uap, karena uap yang masuk dapat ditutup dengan cepat sebelum terjadi akselerasi yang berlebihan sehingga putaran lebih tidak terlalu besar. 3. Pengaman gangguan rotor Relai untuk mendeteksi gangguan ini ialah relai gangguan rotor ke tanah dan prisip kerja relai ini ada dua cara. a. Dengan memasang tahanan tinggi paralel dengan belitan rotor dan dipasang volt meter atau relai tegangan. Bila terjadi suatu gangguan pada rotor maka voltmeter akan menyimpang ataupun relai ini akan bekerja. b. Menggunakan relai rotor hubung tanah.

7 4. Pengaman Arus Urutan Negatif Jenis relai direkomendasikan ialah relai arus lebih lebih termis atau relai arus lebih waktu sangat terbaik dengan karakteristik pemanasan sesuia rotor yang diamankan. Relai ini mempunyaipenyetel waktu seketika yang digunakan untuk tanda dan penyetel dengan perlambatan waktu yang digunakan untuk trip. 5. Pengaman Penguatan Hilang Suatu sistem tenaga listrik yang dipasok oleh beberapa pusat pembangkit. Dalam keadaan normal, generator penguat memberi penguatan pada generator sehingga timbul fluksi magnet yang menginduksi tegangan pada stator. BAB V : PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG) mempunyai beberapa peralatan utama seperti : turbin gas (Gas Turbine), kompresor (Compressor), ruang bakar (Combustor). 2. Gangguan pada generator disebabkan oleh hubung singkat pada lilitan stator, gangguan diluar generator, thermal loading, dan kehilangan eksitasi. 3. Penerapan sistem proteksi sangat penting untuk menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). 4. Pemilihan peralatan proteksi harus sesuai dengan kapasitas arus hubung singkat breaking capacity atau repturing capacity. karena kerusakan generator selain akan menelan biaya perbaikan yang mahal juga sangat mengganggu operasi sistem. 2. Diusahakan pengaruh gangguan dibatasi sampai sekecil mungkin, antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat. 3. Dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik dan mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. DAFTAR PUS TAKA [1] Westinghouse Electric corporation U.S.A Instructions ( Instalation, Operation dan Maintenance. [2] Service Bulletin Gas Turbin Westinghouse Electrical Corporation PT. PLN PJB 1 Unit Pembangkitan Semarang Unit PLTG Cilacap. [3] Operation dan Maintenance Gas Turbin Electrical equipment Volume II Book 2. [4] Van Harten.JP, INSTALASI LISTRIK ARUS KUAT 3, PT Binacipta, Bandung,1992, hal 248. [5] -Operasi Pemeliharaan Sistem Proteksi. 5.2 Saran 1. Peralatan proteksi generator harus betulbetul mencegah kerusakan generator,

8 BIODATA PENULIS Penulis bernama Fitria Prasetiawati (L2F009046) lahir di Semarang, 17 April Penulis telah menempuh pendidikan di TK Pertiwi 1 Purwokerto, SD N Dukuhwaluh 02 Purwokerto, SMP Muhammadiyah 01 Purwokerto, SMA N 05 Purwokerto, dan saat ini sedang menempuh pendidikan S1 di Teknik Elektro Universitas Diponegoro. Mengetahui, Dosen Pembimbing Ir. Tejo Sukmadi, M.T. NIP

9