Proteksi Generator
PENDAHULUAN
Rangkaian Terbuka Pada Lilitan.
Kejadian rangkaian terbuka pada generator modern adalah hal yang sulit terjadi karena bentuk fisik penghantar dan pelindung khusus yang ada pada konstruksinya cukup kuat dan biasanya tidak diterapkan rele pengaman yang khusus untuk menditeksi rangkaian terbuka.
Mesin-mesin dengan rancangan terbaru pada umumnya jarang sekali mengalami gangguan, hal ini disebabkan karena adanya penggunaan bahan-bahan bermutu tinggi, teknis pengerjaan dan pengendalian mutu yang lebih baik, jika dibanding dengan mesin-mesin buatan terdahulu. 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 mungkin. Antara lain dengan menditeksi keadaan gangguan secara tepat dan mengisolasikan mesin terhadap sistem yang sehat secara cepat.
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. Daya balik (motoring).
g. Arus tidak seimbang (unbalance current) pada stator.
h. Out of step.
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. Daya balik (motoring).
g. Arus tidak seimbang (unbalance current) pada stator.
h. Out of step.
Sebagian besar gangguan di atas perlu dihilangkan dengan cara melepaskan generator terhadap sistem melalui pemutus tenaga utama (main circuit breaker) dan bila memungkinkan melepas pemutus tenaga medan penguat. Untuk jenis gangguan tertentu selain cara di atas, mesin penggerak dihentikan beroperasi. Bila terjadi gangguan yang masih pada batas yang diizinkan biasanya sistem hanya memberikan peringatan saja.
Menentukan tindakan seperti yang disebutkan di atas harus dilakukan secara cermat dan hati-hati, karena kesalahan dalam menentukan dapat mempengaruhi tingkat pelayanan yang baik. Keadaan tersebut dapat dicapai dengan :
Menentukan tindakan seperti yang disebutkan di atas harus dilakukan secara cermat dan hati-hati, karena kesalahan dalam menentukan dapat mempengaruhi tingkat pelayanan yang baik. Keadaan tersebut dapat dicapai dengan :
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.
Apabila keempat faktor di atas dapat dipenuhi maka diharapkan kelangsungan pengoperasian dapat berjalan dengan lancar.
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.
Apabila keempat faktor di atas dapat dipenuhi maka diharapkan kelangsungan pengoperasian dapat berjalan dengan lancar.
GANGGUAN 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. Menurunnya ketahanan dielektrik dapat disebabkan oleh penuaan, panas pada isolasi, pengumpulan kotoran, korona, kelembaban, pemeliharaan yang salah, adanya benda asing yang masuk kedalam isolasi misalnya seperti kipas (fan) yang patah dan menghantam lilitan atau air sistem pendingin stator bocor. Jika kerusakan isolasi lilitan dapat dicegah sebelum laminasi rusak, maka perbaikan masih dapat dilakukan dengan mengganti kumparan yang rusak, akan tetapi jika laminasi pada inti besi yang rusak, perbaikan yang dilakukan sudah tidak efisien lagi. Oleh sebab itu sedapat mungkin gangguan harus dihilangkan sebelum timbul kebakaran yang biasanya dapat merusak laminasi inti. Untuk mendapatkan pengaman yang baik maka dianjurkan agar menggunakan rele diferensial generator.
Hubung singkat fasa ke fasa.
Untuk mengamankan masing-masing lilitan fasa generator dapat menggunakan rele arus lebih yang dihubung diferensial. Rele diferensial arus ini dapat menggunakan rele arus lebih yang sederhana atau yang dilengkapi dengan pelambatan waktu, atau dapat juga menggunakan rele diferensial persentase dengan restrain yang linier atau yang dapat berubah. Untuk mendapatkan rele diferensial dengan kepekaan yang maksimum, maka trafo arus yang digunakan pada masing-masing ujung harus benar-benar sama. Meskipun hal ini sudah dilakukan, pengamanan diferensial yang menggunakan rele arus lebih masih mempunyai keterbatasan terhadap kesalahan kerja yang disebabkan arus gangguan luar yang sangat besar.
Saat sekarang pengaman yang lebih umum digunakan adalah rele diferensial persentase dengan restrain yang linier dan hasilnya ternyata cukup memuaskan. Rele ini mempunyai arus kerja minimum yang sangat kecil, misalnya sebesar 0,1A. Arus ini mengalir pada kumparan kerja dan rele akan bekerja apabila arus restrain sama dengan nol. Mengenai daerah kerja rele ini dapat dilihat pada kurva karakteristik yang biasanya diberikan pada saat pembelian rele. Waktu tunda pemutusan yang ada pada rele ini umumnya sangat singkat, berkisar antara 3 sampai 5 cycle untuk kumparan yang dirancang untuk sistem 60 hertz. Pada rangkaian rele diferensial seperti disebut di atas diusahakan tidak ada burden lain, selain burden rele diferensial, kalaupun ada burden tersebut harus sekecil mungkin.
Jika pada rangkaian trafo arus ada peralatan lain selain burden rele diferensial maka dianjurkan agar menggunakan rele diferensial persentase yang variabel karena kalau menggunakan rele diferensial persentase yang linier dapat menyebabkan kesalahan kerja sehubungan dengan adanya burden lain yang mempengaruhi keseimbangan sistem pengaman tersebut.
Untuk mengamankan masing-masing lilitan fasa generator dapat menggunakan rele arus lebih yang dihubung diferensial. Rele diferensial arus ini dapat menggunakan rele arus lebih yang sederhana atau yang dilengkapi dengan pelambatan waktu, atau dapat juga menggunakan rele diferensial persentase dengan restrain yang linier atau yang dapat berubah. Untuk mendapatkan rele diferensial dengan kepekaan yang maksimum, maka trafo arus yang digunakan pada masing-masing ujung harus benar-benar sama. Meskipun hal ini sudah dilakukan, pengamanan diferensial yang menggunakan rele arus lebih masih mempunyai keterbatasan terhadap kesalahan kerja yang disebabkan arus gangguan luar yang sangat besar.
Saat sekarang pengaman yang lebih umum digunakan adalah rele diferensial persentase dengan restrain yang linier dan hasilnya ternyata cukup memuaskan. Rele ini mempunyai arus kerja minimum yang sangat kecil, misalnya sebesar 0,1A. Arus ini mengalir pada kumparan kerja dan rele akan bekerja apabila arus restrain sama dengan nol. Mengenai daerah kerja rele ini dapat dilihat pada kurva karakteristik yang biasanya diberikan pada saat pembelian rele. Waktu tunda pemutusan yang ada pada rele ini umumnya sangat singkat, berkisar antara 3 sampai 5 cycle untuk kumparan yang dirancang untuk sistem 60 hertz. Pada rangkaian rele diferensial seperti disebut di atas diusahakan tidak ada burden lain, selain burden rele diferensial, kalaupun ada burden tersebut harus sekecil mungkin.
Jika pada rangkaian trafo arus ada peralatan lain selain burden rele diferensial maka dianjurkan agar menggunakan rele diferensial persentase yang variabel karena kalau menggunakan rele diferensial persentase yang linier dapat menyebabkan kesalahan kerja sehubungan dengan adanya burden lain yang mempengaruhi keseimbangan sistem pengaman tersebut.
Hubung Singkat Fasa dengan Fasa.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 agar tidak lebih besar dari arus hubung singkat tiga fasa. Umumnya lilitan generator diharapkan tidak tahan terhadap arus lebih yang lebih besar dari arus hubung singkat tiga fasa. Tingkat daya guna rele diferensial terhadap arus gangguan tanah tergantung terhadap besar arus gangguan tanah yang timbul. Bila sistem yang ditanahkan dengan impedansi rendah, biasanya arus gangguan tanah yang terjadi besar dan diharapkan rele dapat bekerja dengan baik kecuali jika terjadi gangguan pada sebagian kecil lilitan yang dekat dengan titik netral. Demikian sebaliknya jika generator ditanahkan dengan impedansi tinggi maka arus gangguan tanah yang terjadi cukup kecil dan biasanya rele diharapkan tidak bekerja. Untuk mengamankan gangguan ini maka digunakan rele lain. Penggunaan rele diferensial pada sistem yang ditanahkan dengan tahanan tinggi menyebabkan kepekaan rele terhadap gangguan tanah sangat rendah.
Untuk mendapatkan pengaman diferensial yang maksimum maka impedansi pentanahan harus rendah. Untuk generator yang dioperasikan paralel dengan generator lain yang letaknya berdekatan ataupun yang berjauhan sedapat mungkin menggunakan rele diferensial yang terpisah. Selain itu juga untuk pengaman gangguan tanah yang dipasang pada generator harus mempunyai trafo arus yang terpisah dengan trafo arus diferensial. Pengaman diferensial umumnya dipasang pada generator dengan kapasitas 5.000 kVA yang bekerja pada tegangan 2300 kV ke atas, tetapi dapat juga diterapkan pada generator dengan kapasitas 1000 kVA ke atas. Daerah pengaman rele diferensial dianjurkan mencakup feeder generator breaker dan titik netral. Pada saat rele diferensial bekerja, diharapkan dapat memberikan isyarat pada rangkaian kontrol untuk melepaskan pemutus tenaga generator, pemutus tenaga netral dan pemutus tenaga medan penguat secara cepat. Untuk mendapatkan maksud tersebut maka sistem pengaman dilengkapi dengan rele lock-out (device 86G).
Ada beberapa perbedaan pendapat mengenai pembukaan pemutus tenaga netral bersamaan dengan pemutus tenaga utama dan pemutus tenaga medan penguat. Jika generator diamankan terhadap surja hubung (switching surge) ada sedikit alasan agar pemutus tenaga utama yang terbuka lebih dahulu. Andaikata pemutus tenaga secara bersamaan terbuka maka tidak ada permasalahan. Akan tetapi jika pemutus tenaga netral lebih cepat sedikit saja dari yang lain ada kemungkinan akan timbul tegangan transient.
Untuk mendapatkan pengaman diferensial yang maksimum maka impedansi pentanahan harus rendah. Untuk generator yang dioperasikan paralel dengan generator lain yang letaknya berdekatan ataupun yang berjauhan sedapat mungkin menggunakan rele diferensial yang terpisah. Selain itu juga untuk pengaman gangguan tanah yang dipasang pada generator harus mempunyai trafo arus yang terpisah dengan trafo arus diferensial. Pengaman diferensial umumnya dipasang pada generator dengan kapasitas 5.000 kVA yang bekerja pada tegangan 2300 kV ke atas, tetapi dapat juga diterapkan pada generator dengan kapasitas 1000 kVA ke atas. Daerah pengaman rele diferensial dianjurkan mencakup feeder generator breaker dan titik netral. Pada saat rele diferensial bekerja, diharapkan dapat memberikan isyarat pada rangkaian kontrol untuk melepaskan pemutus tenaga generator, pemutus tenaga netral dan pemutus tenaga medan penguat secara cepat. Untuk mendapatkan maksud tersebut maka sistem pengaman dilengkapi dengan rele lock-out (device 86G).
Ada beberapa perbedaan pendapat mengenai pembukaan pemutus tenaga netral bersamaan dengan pemutus tenaga utama dan pemutus tenaga medan penguat. Jika generator diamankan terhadap surja hubung (switching surge) ada sedikit alasan agar pemutus tenaga utama yang terbuka lebih dahulu. Andaikata pemutus tenaga secara bersamaan terbuka maka tidak ada permasalahan. Akan tetapi jika pemutus tenaga netral lebih cepat sedikit saja dari yang lain ada kemungkinan akan timbul tegangan transient.
Hubung Singkat Antar Lilitan Pada Fasa Yang Sama.
Walaupun rele diferensial dapat menditeksi gangguan hubung singkat antar fasa hampir pada semua lilitan generator tetapi rele ini tidak dapat menditeksi gangguan 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.
Walaupun rele diferensial dapat menditeksi gangguan hubung singkat antar fasa hampir pada semua lilitan generator tetapi rele ini tidak dapat menditeksi gangguan 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.
Rangkaian Terbuka Pada Lilitan.
Kejadian rangkaian terbuka pada generator modern adalah hal yang sulit terjadi karena bentuk fisik penghantar dan pelindung khusus yang ada pada konstruksinya cukup kuat dan biasanya tidak diterapkan rele pengaman yang khusus untuk menditeksi rangkaian terbuka.
Panas Pada Stator.
Panas pada stator dapat disebabkan oleh arus lebih arus hubung singkat dan gangguan pada sistem pendingin. Untuk itu maka dianjurkan agar menggunakan alat penunjuk temperatur yang dapat dilengkapi dengan alat pencatat yang dipasang sedemikian rupa sehingga adanya gejala-gejala perubahan temperatur dapat diamati setiap saat.
Panas pada stator dapat disebabkan oleh arus lebih arus hubung singkat dan gangguan pada sistem pendingin. Untuk itu maka dianjurkan agar menggunakan alat penunjuk temperatur yang dapat dilengkapi dengan alat pencatat yang dipasang sedemikian rupa sehingga adanya gejala-gejala perubahan temperatur dapat diamati setiap saat.
(a). Arus Lebih.
Panas yang terjadi pada stator dapat disebabkan oleh arus lebih yang mengalir cukup lama yang tidak dapat diditeksi oleh rele arus dengan penunda waktu biasa. Umumnya alat penunjuk temperatur yang ada menggunakan alat perasa tahanan (resistance detector) atau thermocouple. Alat pencatat biasanya dilengkapi dengan pemberi isyarat peringatan dini. Generator-generator besar biasanya tidak diharapkan berhenti beroperasi karena peralatan temperatur ini. Untuk mendapatkan hasil pengamatan yang dapat mewakili semua bagian generator maka jumlah resistance detector yang dipasang harus memadai pula.
Panas yang terjadi pada stator dapat disebabkan oleh arus lebih yang mengalir cukup lama yang tidak dapat diditeksi oleh rele arus dengan penunda waktu biasa. Umumnya alat penunjuk temperatur yang ada menggunakan alat perasa tahanan (resistance detector) atau thermocouple. Alat pencatat biasanya dilengkapi dengan pemberi isyarat peringatan dini. Generator-generator besar biasanya tidak diharapkan berhenti beroperasi karena peralatan temperatur ini. Untuk mendapatkan hasil pengamatan yang dapat mewakili semua bagian generator maka jumlah resistance detector yang dipasang harus memadai pula.
(b). Hubung singkat pada laminasi.
Panas pada stator dapat disebabkan oleh kerusakan isolasi pada baut inti. Baut ini berfungsi untuk membentuk kesatuan laminasi yang satu dengan yang lainnya. Panas dapat juga disebabkan oleh tidak ratanya pelapisan isolasi furnish pada beberapa bagian yang berlubang dan biasanya panas ini hanya terjadi pada satu tempat yang sulit diteksi oleh alat perasa temperatur jika letaknya cukup jauh.
Panas pada stator dapat disebabkan oleh kerusakan isolasi pada baut inti. Baut ini berfungsi untuk membentuk kesatuan laminasi yang satu dengan yang lainnya. Panas dapat juga disebabkan oleh tidak ratanya pelapisan isolasi furnish pada beberapa bagian yang berlubang dan biasanya panas ini hanya terjadi pada satu tempat yang sulit diteksi oleh alat perasa temperatur jika letaknya cukup jauh.
(c). Kegagalan Pada sistem pendingin.
Panas lebih pada mesin dapat terjadi karena gangguan pada sistem pendingin misalnya seperti adanya penumpukan kotoran pada kisi-kisi pendingin, saluran pendingin macet, saluran ventilasi tertutup atau kalaupun membuka pembukaannya tidak sempurna dan lain-lain. Untuk gangguan pada sistem pendingin diharapkan dapat diketahui dengan membandingkan udara atau hidrogen yang keluar dari mesin dan udara yang masuk kedalam sistem. Jadi dalam hal ini alat penditeksi dipasang pada saluran udara masuk dan saluran udara keluar.
Panas lebih pada mesin dapat terjadi karena gangguan pada sistem pendingin misalnya seperti adanya penumpukan kotoran pada kisi-kisi pendingin, saluran pendingin macet, saluran ventilasi tertutup atau kalaupun membuka pembukaannya tidak sempurna dan lain-lain. Untuk gangguan pada sistem pendingin diharapkan dapat diketahui dengan membandingkan udara atau hidrogen yang keluar dari mesin dan udara yang masuk kedalam sistem. Jadi dalam hal ini alat penditeksi dipasang pada saluran udara masuk dan saluran udara keluar.
GANGGUAN PADA ROTOR
Gangguan pada rotor generator dapat diklasifikasikan sebagai gangguan hubung singkat pada lilitan rotor, lilitan rotor terbuka, hubung tanah pada lilitan medan dan panas lebih. Pada umumnya pemutusan medan penguat tidak dianjurkan.
Hubung Singkat Pada Lilitan Rotor.
Hubung singkat pada lilitan rotor tidak dapat diketahui oleh rele arus lebih jika gangguan tersebut terjadi pada beberapa lilitan saja atau pada satu kutub penguat generator putaran rendah. Selain itu juga generator tidak diharapkan melepaskan medan penguatnya jika terjadi gangguan tanpa melepaskan pemutus tenaga utamanya terlebih dahulu. Jika hal ini terjadi maka akan terinduksikan arus yang sangat besar pada rotor (lilitan medan). Berdasarkan alasan ini maka rele arus lebih tidak dianjurkan untuk dipasang pada medan penguat sebagai pengaman.
Jika lilitan pada salah satu kutub terhubung singkat maka akan terjadi ketidak seimbangan medan magnit yang dapat menimbulkan gaya mekanis dan getaran. Besar dari getaran (vibrasi) dapat diketahui pada alat penunjuk getaran yang biasanya dilengkapi dengan isyarat alarm atau isyarat penghentian operasi bilamana batas penyetelannya tercapai. Pada generator dengan jumlah kutub yang sedikit pengaruhnya sangat jelas terlihat.
Hubung singkat pada lilitan rotor tidak dapat diketahui oleh rele arus lebih jika gangguan tersebut terjadi pada beberapa lilitan saja atau pada satu kutub penguat generator putaran rendah. Selain itu juga generator tidak diharapkan melepaskan medan penguatnya jika terjadi gangguan tanpa melepaskan pemutus tenaga utamanya terlebih dahulu. Jika hal ini terjadi maka akan terinduksikan arus yang sangat besar pada rotor (lilitan medan). Berdasarkan alasan ini maka rele arus lebih tidak dianjurkan untuk dipasang pada medan penguat sebagai pengaman.
Jika lilitan pada salah satu kutub terhubung singkat maka akan terjadi ketidak seimbangan medan magnit yang dapat menimbulkan gaya mekanis dan getaran. Besar dari getaran (vibrasi) dapat diketahui pada alat penunjuk getaran yang biasanya dilengkapi dengan isyarat alarm atau isyarat penghentian operasi bilamana batas penyetelannya tercapai. Pada generator dengan jumlah kutub yang sedikit pengaruhnya sangat jelas terlihat.
Lilitan Rotor Terbuka.
Terbukanya rangkaian lilitan rotor dapat terjadi pada setiap jenis generator tetapi dalam prakteknya menunjukkan bahwa generator dengan kutub pendek yang dioperasikan pada putaran rendah yang lebih sering mengalami gangguan ini.
Terbukanya rangkaian lilitan rotor dapat terjadi pada setiap jenis generator tetapi dalam prakteknya menunjukkan bahwa generator dengan kutub pendek yang dioperasikan pada putaran rendah yang lebih sering mengalami gangguan ini.
Gangguan Hubung Tanah Pada Rangkaian Medan.
Gangguan hubung tanah pada rangkaian medan tidak begitu berakibat terhadap rangkaian medan itu sendiri, tetapi keadaan ini menunjukkan adanya bagian isolasi yang lemah atau kegagalan mekanis. Cara untuk mengetahui keadaan gangguan hubung tanah dapat menggunakan cara yang sangat sederhana yaitu dengan menggunakan dua buah lampu yang dihubung seri pada terminal lilitan rotor dan titik tengah diantara kedua lampu tersebut ditanahkan. Untuk mendapatkan penginderaan yang lebih peka dapat menggunakan tahanan sebagai pengganti lampu dan menghubungkan titik tengah ketahah melalui sebuah rele.
Gangguan hubung tanah pada rangkaian medan tidak begitu berakibat terhadap rangkaian medan itu sendiri, tetapi keadaan ini menunjukkan adanya bagian isolasi yang lemah atau kegagalan mekanis. Cara untuk mengetahui keadaan gangguan hubung tanah dapat menggunakan cara yang sangat sederhana yaitu dengan menggunakan dua buah lampu yang dihubung seri pada terminal lilitan rotor dan titik tengah diantara kedua lampu tersebut ditanahkan. Untuk mendapatkan penginderaan yang lebih peka dapat menggunakan tahanan sebagai pengganti lampu dan menghubungkan titik tengah ketahah melalui sebuah rele.
Panas Lebih.
Panas lebih pada rotor dapat terjadi karena adanya arus lebih pada rotor yang disebabkan oleh gangguan pada sistem ventilasi, single phasing atau operasi arus yang tidak seimbang pada stator. Selain dari itu panas pada rotor dapat disebabkan oleh arus medan lebih sebagai akibat dari gangguan pada rheostat dan gangguan pada pengaturan tegangan. Sehubungan dengan hal tersebut ada pendapat yang mengatakan bahwa rangkaian medan penguat agar dilengkapi dengan pengaman arus lebih. Meskipun kenaikan temperatur yang cukup kecil dapat diditeksi pada keluaran udara dari media pendingin tetapi ini tidak menjamin sumber panas berasal dari gangguan pada rotor mungkin saja dari bagian yang lain.
Terlepasnya salah satu fasa atau arus stator yang tidak seimbang dapat menimbulkan panas setempat yaitu pada permukaan kutub rotor selain itu juga akan timbul vibrasi yang dapat merusak pondasi mesin atau mesin itu sendiri. Pengaman keadaan tidak seimbang biasanya tidak dipasang di rotor tetapi pada feeder generator.
Panas lebih pada rotor dapat terjadi karena adanya arus lebih pada rotor yang disebabkan oleh gangguan pada sistem ventilasi, single phasing atau operasi arus yang tidak seimbang pada stator. Selain dari itu panas pada rotor dapat disebabkan oleh arus medan lebih sebagai akibat dari gangguan pada rheostat dan gangguan pada pengaturan tegangan. Sehubungan dengan hal tersebut ada pendapat yang mengatakan bahwa rangkaian medan penguat agar dilengkapi dengan pengaman arus lebih. Meskipun kenaikan temperatur yang cukup kecil dapat diditeksi pada keluaran udara dari media pendingin tetapi ini tidak menjamin sumber panas berasal dari gangguan pada rotor mungkin saja dari bagian yang lain.
Terlepasnya salah satu fasa atau arus stator yang tidak seimbang dapat menimbulkan panas setempat yaitu pada permukaan kutub rotor selain itu juga akan timbul vibrasi yang dapat merusak pondasi mesin atau mesin itu sendiri. Pengaman keadaan tidak seimbang biasanya tidak dipasang di rotor tetapi pada feeder generator.
JENIS-JENIS PENGAMAN.
Pengaman Terhadap Daya Balik (ANSI DEV. 32).
Generator yang digerakkan oleh turbin uap apabila uapnya hilang, maka generator bekerja sebagai motor induksi dimana mesin seharusnya mensuplai tenaga. Dalam keadaan seperti ini generator menerima suplai tenaga listrik dari sistem. Untuk mencegah kerusakan akibat gangguan ini maka generator harus dilengkapi dengan rele daya arah yang peka. Fungsi dari rele ini diatur sedemikian rupa misalnya dapat memberikan isyarat peringatan dini atau memberikan isyarat pada rangkaian pemutus tenaga untuk melepaskan generator terhadap sistem. Untuk generator yang digerakkan oleh mesin diesel juga dapat menerapkan rele ini.
Generator yang digerakkan oleh turbin uap apabila uapnya hilang, maka generator bekerja sebagai motor induksi dimana mesin seharusnya mensuplai tenaga. Dalam keadaan seperti ini generator menerima suplai tenaga listrik dari sistem. Untuk mencegah kerusakan akibat gangguan ini maka generator harus dilengkapi dengan rele daya arah yang peka. Fungsi dari rele ini diatur sedemikian rupa misalnya dapat memberikan isyarat peringatan dini atau memberikan isyarat pada rangkaian pemutus tenaga untuk melepaskan generator terhadap sistem. Untuk generator yang digerakkan oleh mesin diesel juga dapat menerapkan rele ini.
Pengaman Terhadap Kehilangan Medan Penguat (DEV. 40).
Bilamana generator yang sedang dibebani medan penguatnya hilang maka kopling magnit antara rotor dan stator menjadi lemah dan putaran rotor akan mendahului medan magnit stator, sistem kehilangan sinkronisasi. Bila keadaan ini dibiarkan berlangsung dapat membahayakan operasi generator dan sistem. Generator akan bekerja sebagai generator induksi, di mana akan timbul arus sirkulasi yang sangat besar pada permukaan rotor, khususnya pada bagian ujung dan ini dapat menimbulkan panas yang berbahaya pada daerah setempat dan pada ujung lengkungan irisan alur metal. Tegangan induksi atau arus induksi akan timbul pada lilitan medan yang tergantung pada apakah lilitan itu terhubung singkat sempurna atau terbuka. Arus sirkulasi ini akan menimbulkan panas dan dapat merusak rotor.
Untuk kehilangan medan penguat yang sempurna pada generator besar yang tidak dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis dapat menyebabkan penurunan tegangan sampai batas yang serius yang dicapai tidak lebih dari 10 sampai 15 detik. Dan apabila generator tersebut mewakili sebagian besar pembangkitan daya tegangan rendah yang serius dapat dicapai dalam waktu kurang dari satu detik.
Pengaman kehilangan medan telah dikembangkan untuk dapat melindungi generator terhadap kehilangan medan sebagian atau seluruhnya. Untuk menghindari kesalahan pemutusan akibat adanya surja sesaat maka perlu menerapkan penunda waktu yang mungkin ada pada rele itu sendiri atau dengan memasang rele penunda waktu bantu. Jika pengaman kehilangan medan dimaksudkan sebagai pengaman utama sistem dan generator, rele tegangan kurang dapat diterapkan pada skema untuk mengendalikan pemutusan, tetapi tidak mudah menentukan nilai penyetelan rele yang mampu menjaga sistem dan generator terhadap kerusakan. Pengaman kehilangan medan penguat dapat diterapkan apabila salah satu atau lebih keadaan berikut ini terpenuhi.
(a). Jika generator tidak dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis.
(b). Salah satu generator yang dioperasikan paralel lebih besar dari lainnya.
(c). Generator mempunyai hubungan listrik yang mudah sekali terlepas.
Salah satu usaha yang dilakukan untuk mencegah pengaruh kehilangan medan pada saat pemutus tenaga generator tertutup yaitu dengan memasang sistem interlock. Dengan menggunakan interlock setiap pemutusan medan penguat akan diikuti dengan pemutusan pemutus tenaga generator pada saat pengoperasian.
Bilamana generator yang sedang dibebani medan penguatnya hilang maka kopling magnit antara rotor dan stator menjadi lemah dan putaran rotor akan mendahului medan magnit stator, sistem kehilangan sinkronisasi. Bila keadaan ini dibiarkan berlangsung dapat membahayakan operasi generator dan sistem. Generator akan bekerja sebagai generator induksi, di mana akan timbul arus sirkulasi yang sangat besar pada permukaan rotor, khususnya pada bagian ujung dan ini dapat menimbulkan panas yang berbahaya pada daerah setempat dan pada ujung lengkungan irisan alur metal. Tegangan induksi atau arus induksi akan timbul pada lilitan medan yang tergantung pada apakah lilitan itu terhubung singkat sempurna atau terbuka. Arus sirkulasi ini akan menimbulkan panas dan dapat merusak rotor.
Untuk kehilangan medan penguat yang sempurna pada generator besar yang tidak dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis dapat menyebabkan penurunan tegangan sampai batas yang serius yang dicapai tidak lebih dari 10 sampai 15 detik. Dan apabila generator tersebut mewakili sebagian besar pembangkitan daya tegangan rendah yang serius dapat dicapai dalam waktu kurang dari satu detik.
Pengaman kehilangan medan telah dikembangkan untuk dapat melindungi generator terhadap kehilangan medan sebagian atau seluruhnya. Untuk menghindari kesalahan pemutusan akibat adanya surja sesaat maka perlu menerapkan penunda waktu yang mungkin ada pada rele itu sendiri atau dengan memasang rele penunda waktu bantu. Jika pengaman kehilangan medan dimaksudkan sebagai pengaman utama sistem dan generator, rele tegangan kurang dapat diterapkan pada skema untuk mengendalikan pemutusan, tetapi tidak mudah menentukan nilai penyetelan rele yang mampu menjaga sistem dan generator terhadap kerusakan. Pengaman kehilangan medan penguat dapat diterapkan apabila salah satu atau lebih keadaan berikut ini terpenuhi.
(a). Jika generator tidak dilengkapi dengan pengatur tegangan otomatis.
(b). Salah satu generator yang dioperasikan paralel lebih besar dari lainnya.
(c). Generator mempunyai hubungan listrik yang mudah sekali terlepas.
Salah satu usaha yang dilakukan untuk mencegah pengaruh kehilangan medan pada saat pemutus tenaga generator tertutup yaitu dengan memasang sistem interlock. Dengan menggunakan interlock setiap pemutusan medan penguat akan diikuti dengan pemutusan pemutus tenaga generator pada saat pengoperasian.
Out of step.
Suatu generator yang dioperasikan dapat mengalami out of step yang merupakan permasalahan pokok yang dapat menyebabkan kerusakan poros kopling atau pasangan stator.
Suatu generator yang dioperasikan dapat mengalami out of step yang merupakan permasalahan pokok yang dapat menyebabkan kerusakan poros kopling atau pasangan stator.
Tegangan Lebih.
Pengaman tegangan lebih dianjurkan untuk diterapkan pada generator yang digerakkan oleh tenaga air di mana permasalahan utamanya adalah terjadinya kecepatan lebih (over speed) sebagai akibat terlepasnya beban besar secara mendadak. Tegangan lebih dapat juga disebabkan oleh kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR). Rele tegangan lebih dapat dipasang dengan menyisipkan tahanan pada penguat atau pada rangkaian medan generator untuk mengoperasikan alarm atau menghentikan operasi mesin yang sesuai dengan persyaratan yang telah ditentukan.
Pengaman tegangan lebih dianjurkan untuk diterapkan pada generator yang digerakkan oleh tenaga air di mana permasalahan utamanya adalah terjadinya kecepatan lebih (over speed) sebagai akibat terlepasnya beban besar secara mendadak. Tegangan lebih dapat juga disebabkan oleh kerusakan pada pengatur tegangan otomatis (AVR). Rele tegangan lebih dapat dipasang dengan menyisipkan tahanan pada penguat atau pada rangkaian medan generator untuk mengoperasikan alarm atau menghentikan operasi mesin yang sesuai dengan persyaratan yang telah ditentukan.
Kecepatan lebih.
Penggerak mula generator dapat mengalami kecepatan lebih (overspeed) dalam keadaan kerja yang tidak normal, untuk itu maka generator harus dilengkapi dengan pengaman kecepatan lebih. Alat ini dapat digabungkan dengan sistem governor penggerak mula atau dapat juga menggunakan sentrifugal device. Jika peralatan pengaman kecepatan lebih mekanis tidak dipasang maka rele frekwensi harus digunakan. Pada generator turbin kapasitas besar mempunyai pengaman kecepatan lebih yang dapat mentripkan throtle valve jika kecepatan normal terlampaui sekitar 10%. Sedangkan penggerak mula tenaga air kecepatan lebihnya dapat mencapai sekitar 220% dari kecepatan normalnya.
Penggerak mula generator dapat mengalami kecepatan lebih (overspeed) dalam keadaan kerja yang tidak normal, untuk itu maka generator harus dilengkapi dengan pengaman kecepatan lebih. Alat ini dapat digabungkan dengan sistem governor penggerak mula atau dapat juga menggunakan sentrifugal device. Jika peralatan pengaman kecepatan lebih mekanis tidak dipasang maka rele frekwensi harus digunakan. Pada generator turbin kapasitas besar mempunyai pengaman kecepatan lebih yang dapat mentripkan throtle valve jika kecepatan normal terlampaui sekitar 10%. Sedangkan penggerak mula tenaga air kecepatan lebihnya dapat mencapai sekitar 220% dari kecepatan normalnya.
Pengoperasian mesin dengan satu fasa terbuka.
Pengoperasian generator dengan salah satu fasa terbuka dapat menimbulkan panas setempat pada permukaan rotor dan menimbulkan getaran pada mesin. Keadaan pembebanan dengan satu fasa terbuka dapat diketahui dengan membandingkan besar arus pada masing-masing fasa. Untuk pengamanan dapat digunakan rele keseimbangan arus atau rele urutan fasa negatif. Masing-masing pengaman tersebut diharapkan mempunyai pelambatan waktu yang dimaksudkan untuk mencegah kesalahan kerja karena adanya gangguan hubung singkat antara fasa ke fasa atau adanya beban transient yang tidak seimbang pada sistem yang kejadiannya sangat cepat sekali.
Pengoperasian generator dengan salah satu fasa terbuka dapat menimbulkan panas setempat pada permukaan rotor dan menimbulkan getaran pada mesin. Keadaan pembebanan dengan satu fasa terbuka dapat diketahui dengan membandingkan besar arus pada masing-masing fasa. Untuk pengamanan dapat digunakan rele keseimbangan arus atau rele urutan fasa negatif. Masing-masing pengaman tersebut diharapkan mempunyai pelambatan waktu yang dimaksudkan untuk mencegah kesalahan kerja karena adanya gangguan hubung singkat antara fasa ke fasa atau adanya beban transient yang tidak seimbang pada sistem yang kejadiannya sangat cepat sekali.
Gangguan pada isolasi bearing.
Untuk mencegah arus sirkulasi yang melalui bearing yang dapat menyebabkan kerusakan pada bearing yang diakibatkan oleh arus tersebut maka dipasang suatu bahan isolasi antara lempengan pelat dan bantalan main outboard mesin. Apabila isolasi ini rusak atau terjadi hubung singkat antara keduanya maka bearing akan mengalami cacat yang disebabkan oleh muatan listrik statis. Keadaan ini dapat diditeksi dengan menggunakan rele arus lebih yang salah satu terminalnya dihubung pada dudukan bearing dan yang sebuah lagi dihubungkan ke poros generator dengan menggunakan kontak sikat berisolasi. Lapisan minyak pada bearing dapat mencegah kumparan kerja rele hubung singkat.
Untuk mencegah arus sirkulasi yang melalui bearing yang dapat menyebabkan kerusakan pada bearing yang diakibatkan oleh arus tersebut maka dipasang suatu bahan isolasi antara lempengan pelat dan bantalan main outboard mesin. Apabila isolasi ini rusak atau terjadi hubung singkat antara keduanya maka bearing akan mengalami cacat yang disebabkan oleh muatan listrik statis. Keadaan ini dapat diditeksi dengan menggunakan rele arus lebih yang salah satu terminalnya dihubung pada dudukan bearing dan yang sebuah lagi dihubungkan ke poros generator dengan menggunakan kontak sikat berisolasi. Lapisan minyak pada bearing dapat mencegah kumparan kerja rele hubung singkat.
Getaran (vibrasi).
Vibrasi dapat disebabkan oleh singlephasing atau ketidak seimbangan arus kerja dan ketidak seimbangan magnit pada rotor. Getaran yang berlebihan dapat diketahui oleh salah satu dari beberapa jenis peralatan penditeksi vibrasi yang dapat dipasang pada generator atau pada mesin penggerak mula.
Vibrasi dapat disebabkan oleh singlephasing atau ketidak seimbangan arus kerja dan ketidak seimbangan magnit pada rotor. Getaran yang berlebihan dapat diketahui oleh salah satu dari beberapa jenis peralatan penditeksi vibrasi yang dapat dipasang pada generator atau pada mesin penggerak mula.
Bahaya Kebakaran.
Mencegah generator terhadap bahaya kebakaran, biasanya menggunakan peralatan pemadam api yang diatur sedemikian rupa, yaitu dengan melepaskan air atau carbon dioxide ke lilitan. Penggunaan air sebagai pemadam api pada generator perlu dipertimbangkan. Carbon dioxide tidak menambah kerusakan akibat api, mengenai pelepasannya dapat diatur dengan menggunakan rele diferensial atau rele tanah. Jika hydrogen yang digunakan untuk mendinginkan mesin, pembakaran tidak akan didukung oleh hydrogen sekelilingnya, sehingga fasilitas pemadam kebakaran tidak perlu dipertimbangkan. Hydrogen yang bercampur dengan udara dapat membentuk campuran yang mudah meledak, tetapi kisi-kisi luar mesin pendingin hydrogen dirancang tahan terhadap intensitas ledakan maksimum yang dapat terjadi. Sistem pendingin hydrogen dimaksudkan untuk kemudahan menditeksi keberadaan pencemaran udara, air atau minyak.
Mencegah generator terhadap bahaya kebakaran, biasanya menggunakan peralatan pemadam api yang diatur sedemikian rupa, yaitu dengan melepaskan air atau carbon dioxide ke lilitan. Penggunaan air sebagai pemadam api pada generator perlu dipertimbangkan. Carbon dioxide tidak menambah kerusakan akibat api, mengenai pelepasannya dapat diatur dengan menggunakan rele diferensial atau rele tanah. Jika hydrogen yang digunakan untuk mendinginkan mesin, pembakaran tidak akan didukung oleh hydrogen sekelilingnya, sehingga fasilitas pemadam kebakaran tidak perlu dipertimbangkan. Hydrogen yang bercampur dengan udara dapat membentuk campuran yang mudah meledak, tetapi kisi-kisi luar mesin pendingin hydrogen dirancang tahan terhadap intensitas ledakan maksimum yang dapat terjadi. Sistem pendingin hydrogen dimaksudkan untuk kemudahan menditeksi keberadaan pencemaran udara, air atau minyak.
Pengaman cadangan.
Penerapan rele cadangan pada prinsipnya sangat dianjurkan. Rele cadangan dapat dipertimbangkan sebagai rele yang dapat menghilangkan gangguan pada kejadian di mana pengaman utama gagal bekerja.
Pengaman cadangan yang dipasang pada generator dapat menditeksi sumber gangguan yang menuju generator jika pengaman utama gagal bekerja. Rele ini dapat juga bekerja melepaskan generator apabila terjadi hubung singkat ketanah pada saluran utama trafo distribusi atau bus jika peralatan yang dimaksudkan untuk mengaman peralatan tersebut gagal bekerja untuk menghilangkan gangguan. Pada umumnya, prinsip pengaman cadangan disetel sedikit kurang peka dan memerlukan waktu yang lebih lama dan melepaskan lebih banyak peralatan. Karena biaya pengadaan atau perbaikan mesin-mesin yang besar cukup mahal, maka penggunaan pengaman cadangan perlu mendapatkan perhatian khusus.
Penerapan rele cadangan pada prinsipnya sangat dianjurkan. Rele cadangan dapat dipertimbangkan sebagai rele yang dapat menghilangkan gangguan pada kejadian di mana pengaman utama gagal bekerja.
Pengaman cadangan yang dipasang pada generator dapat menditeksi sumber gangguan yang menuju generator jika pengaman utama gagal bekerja. Rele ini dapat juga bekerja melepaskan generator apabila terjadi hubung singkat ketanah pada saluran utama trafo distribusi atau bus jika peralatan yang dimaksudkan untuk mengaman peralatan tersebut gagal bekerja untuk menghilangkan gangguan. Pada umumnya, prinsip pengaman cadangan disetel sedikit kurang peka dan memerlukan waktu yang lebih lama dan melepaskan lebih banyak peralatan. Karena biaya pengadaan atau perbaikan mesin-mesin yang besar cukup mahal, maka penggunaan pengaman cadangan perlu mendapatkan perhatian khusus.
Kegagalan sistem pendingin.
Pelepasan panas pada stator dan rotor generator dilakukan dengan jalan memberikan sirkulasi udara atau hydrogen melalui bagian tersebut, di mana untuk sistem yang tertutup bahan pendingin dilewatkan pada lilitan heat exchanger. Selanjutnya bahan pendingin tersebut diditeksi terhadap kemungkinan adanya kandungan uap air. Sehubungan dengan penggunaan udara yang diambil dari luar maka udara tersebut harus memenuhi persyaratan untuk menghindari perubahan bentuk yang dapat menyebabkan kondensasi pada mesin bilamana humiditinya tinggi. Setiap kegagalan pada sistem pendinginnya akan mengakibatkan kenaikan temperatur pada stator. Cara penginderaan temperatur ini dijelaskan pada uraian pengaman stator.
Panas yang timbul pada bearing mesin besar dilepaskan dengan bantuan minyak pelumas yang didinginkan pada heat exchanger. Dengan dipasangnya peralatan pengindera pada bearing maka temperaturnya dapat diketahui. Bilamana perlu maka dapat dipasang rele temperatur yang dapat mentripkan mesin jika keadaan tersebut memang diharapkan.
Pelepasan panas pada stator dan rotor generator dilakukan dengan jalan memberikan sirkulasi udara atau hydrogen melalui bagian tersebut, di mana untuk sistem yang tertutup bahan pendingin dilewatkan pada lilitan heat exchanger. Selanjutnya bahan pendingin tersebut diditeksi terhadap kemungkinan adanya kandungan uap air. Sehubungan dengan penggunaan udara yang diambil dari luar maka udara tersebut harus memenuhi persyaratan untuk menghindari perubahan bentuk yang dapat menyebabkan kondensasi pada mesin bilamana humiditinya tinggi. Setiap kegagalan pada sistem pendinginnya akan mengakibatkan kenaikan temperatur pada stator. Cara penginderaan temperatur ini dijelaskan pada uraian pengaman stator.
Panas yang timbul pada bearing mesin besar dilepaskan dengan bantuan minyak pelumas yang didinginkan pada heat exchanger. Dengan dipasangnya peralatan pengindera pada bearing maka temperaturnya dapat diketahui. Bilamana perlu maka dapat dipasang rele temperatur yang dapat mentripkan mesin jika keadaan tersebut memang diharapkan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar