Posted in Artikel

Proteksi Ground Fault Generator berdasarkan Standar IEEE C37.101

Ketika gangguan tanah terjadi di dalam generator, sistem proteksi harus mampu mendeteksi dan mematikan generator. Untuk gangguan tanah internal generator,generator harus shut down sesegera mungkin. Namun untuk gangguan tanah eksternal seperti gangguan pada feeder, penundaan waktu shut down biasanya dilakukan untuk memungkinkan pengisolasian yang selektif terhadap sirkuit yang rusak . Seiring dengan penundaan waktu shut down, alarm seketika akan memberikan peringatan dini bagi operator untuk mengambil tindakan yang diperlukan untuk meminimalkan kerusakan generator akibat aliran arus gangguan yang berkepanjangan. Panduan IEEE C37.101 untuk Proteksi pentanahan generator menyediakan berbagai skema-skema proteksi tanah generator dengan konfigurasi pentanahan generator dan sistem pentanahan yang berbeda-beda.

Ada beberapa metode pentanahan yang berbeda dalam sistem tenaga listrik. Mentnahkan sistem atau sumber (generator atau trafo) dapat dengan menggunakan metode-metode seperti Low-Resistance Grounding (LRG) dan High-Resistance Grounding (HRG)

Low-Resistance Grounding (LRG)

Netral generator dihubungkan ke tanah melalui resistor yang berfungsi membatasi arus gangguan tanah yang besarnya beberapa ratus ampere (200A-600A). Arus gangguan ini sangat besar dan dapat merusak stator,tetapi pada saat yang sama dapat memungkinkan menghasilkan arus yang sensitif dan selektif untuk membuat sistem proteksi bekerja. Saat ini LRG jarang digunakan dalam generator berkapasitas besar karena terdapat resiko yang tinggi yaitu resiko terbakarnya besi stator.LRG juga tidak digunakan pada generator pararel. Namun, metode LRG adalah metode yang paling umum digunakan dalam sistem tegangan menengah pada industri.

High-Resistance Grounding (HRG)

Hambatan yang besar dihubungkan antara titik netral generator dan tanah (ground). Terkadang resistor kecil terhubung pada lilitan sekunder dari trafo satu fasa(trafo distribusi atau trafo netral pentanahan). Metode ini membatasi arus gangguan sebesar 5 A hingga 10 A, dan kemudian tidak ada bahaya dan kerusakan akibat gangguan tanah yang terjadi.

Ringkasan skema proteksi yang direkomendasikan dan pengaturan pentanahan yang dapat diterapkan ditunjukkan pada tabel dari panduan IEEE tersebut. Metode perlindungan gangguan tanah generator meliputi:

  1. Rele Differential (Device 87 )
  2. Rele Ground Differential ( Device 87GN )
  3. Rele Ground time-overcurrent (Device 51G )
  4. Rele Instantaneous ground overcurrent (Device 50G )
  5. Trafo Wye – broken – delta, Rele ground overvoltage(Device 59G )
  6. Rele Tegangan lebih urutan nol (Device 59GN)

Penerapan fungsi proteksi ini membutuhkan penilaian subjektif. Generator yang lebih besar biasanya akan dilengkapi dengan semua rele ini, sementara beberapa rele mungkin tidak digunakan pada generator berkapasitas kecil karena kerusakan yang diakibatkan gangguan tidak mengakibatkan pengeluaran biaya yang besar.Berikut penjelasan fungsi rele-rele tersebut

  1. Rele Differential (Device 87)

Rele Differential (Device 87) akan memberikan kemampuan untuk mendeteksi gangguan tanah yang paling dalam, tergantung pada besarnya arus gangguan tanah. Jika maksimum arus gangguan tanah di bawah pick-up Rele Differential, Rele Differential tidak akan memberikan perlindungan terhadap gangguan tanah tersebut.

sss

Gambar Skema Proteksi generator dengan Rele Differential

2. Rele Ground Differential (Device 87 GN )

Karena arus gangguan yang besar dikaitkan dengan sistem low-resistance grounding , penting untuk memberikan proteksi Ground Differential yang sensitif dan bekerja sangat cepat untuk generator . Dengan sistem pentanahan low-resistance grounding, Rele Differential (Device 87) mungkin tidak cukup sensitif untuk mendeteksi gangguan tanah internal pada generator, terutama  karena maksimum arus gangguan tanah mungkin terbatas pada nilai-nilai di bawah pick – up rele Ground Differential (Device 87G). Dalam kasus tersebut ,proteksi dengan rele Ground Differential (Device 87G) akan diperlukan. Bila diterapkan dengan benar, proteksi Ground Differential dapat mendeteksi gangguan satu fase ke tanah yang terjadi di dekat  terminal  netral  (5%  –  10%  dari  ujung  kumparan  netral).

 Capture

Gambar Skema Proteksi generator dengan Rele Ground Differential

3,  Rele Ground time-overcurrent (Device 51G )

Rele ini bertanggung jawab untuk memberikan proteksi back-up terhadap gangguan eksternal, yang berarti ketika rele 50G tidak melindungi generator dari gangguan eksternal maka Rele Ground time-overcurrent (Device 51G) akan memproteksi generator.

 sss

Gambar Skema Proteksi generator dengan Ground Time Overcurrent

Ketika gangguan terjadi di dekat terminal generator ,besar kemungkinan akan terjadi kerusakan serius pada generator akibat dari arus gangguan yang besar dan berkepanjangan, terutama ketika gangguan tanah terjadi di dekat terminal generator. Kerusakan ini dapat dikurangi dengan menggunakan rele instantaneous ground-overcurrent  (device 50G). Relei nstantaneous akan mendeteksi gangguan yang terjadi dekat netral generator. Hal ini juga dapat memberikan proteksi back-up untuk gangguan pada feeder.

4.  Rele Instantaneous ground overcurrent (Device 50G )

Rele Instantaneous ground overcurrent mendeteksi gangguan yang terjadi di dekat netral generator dan memberikan proteksi back-up untuk gangguan tanah eksternal yang kecil. Perangkat ini berbasis  trafo arus toroidal yang mengelilingi fasa dan netral generator. Konfigurasi ini digunakan untuk mengukur arus tanah yang berasal dari generator dan sistem dan dengan cara ini gangguan tanah dapat terdeteksi .

 sss

 Gambar Skema Proteksi generator Instantaneous ground overcurrent

5. Trafo Wye – broken – delta,Rele ground overvoltage (Device 59G)

Proteksi ini umumnya digunakan untuk generator dengan sistem pentanahan high-resistance grounding. Skema perlindungan ini adalah variasi dari Rele tegangan lebih urutan nol (Device 59GN). Rele tegangan lebih (Device 59G ) terhubung ke satu set trafo Wye-broken- delta, yang bagian primernya terhubung ke terminal generator yang berkonfigurasi bintang (wye). Gangguan tanah di lilitan stator generator dideteksi dengan mengukur tegangan di sekunder trafo Wye-broken-delta. Saat terjadi gangguan satu fasa ke tanah dalam generator, penjumlahan dari tegangan fasa ke tanah pada lilitan primer dari tiga trafo tegangan akan sama dengan tiga kali tegangan fasa ke netral generator . Tegangan yang muncul di seluruh terminal rangkaian operasi rele 59G akan menjadi jumlah tegangan dibagi dengan rasio trafo tegangan. Tegangan line-to-line muncul di trafo tegangan selama gangguan tanah terjadi.

sss

Gambar Skema Trafo Wye-broken-delta, Rele ground overvoltage

6.  Rele Tegangan lebih urutan nol (Device 59GN)

Rele ini adalah proteksi yang paling konvensional dan umum digunakan untuk sistem high-resistance grounding dan ini adalah rele time-delayed overvoltage yang diatur ke frekuensi fundamental dan tidak sensitif terhadap tegangan harmonik ketiga yang timbul pada netral generator. Rele ini mampu mendeteksi gangguan dalam waktu 2 sampai 5%. Rele Ground time-overcurrent (Device 51G ) dapat digunakan sebagai proteksi back-up.

 sss

Gambar Skema Generator High-Resistance Grounded dengan Proteksi tegangan urutan nol

Sumber:

1. IEEE Power & Energ Society. “IEEE Guide for Generator Ground     Protection. “ IEEE std. C37.101-1993, 1993

2. Julian A. Ramon; Garcia, Feran, “100% Stator Ground Protection: A Comparison of Two Methods,” Dept. of Industrial Electrical Engineering and Automation Lund Institute of Technology. Spain,2006

3. Prabowo, Hartanto dan Rayyan, Laporan Kerja Praktik Studi Proteksi Generator Sinkron MGT 9 PT. Chevron Pacific Indonesia Distrik Minas, Universitas Gadjah Mada, 2013

Oleh:
Achmad Ardialim
Goldwin Caesar Situngkir
Veby Enandes Stalony

Divisi Mesin magatrika

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s