Session 10 Protection and Control System
SISTEM PROTEKSI 1. Pendahuluan 2. Komponen Proteksi Pusat Listrik 3. Komponen Pusat Listrik yang Memerlukan Proteksi 4. Karakteristik Sistem Proteksi
1. PENDAHULUAN Pusat Listrik merupakan komponen vital dalam kehidupan yang modern ini, dimana energi listrik menyuplai berbagai kebutuhan yang diperlukan manusia. Diperlukan kehandalan dari sebuah pusat listrik agar berbagai macam kegiatan dapat terlaksana.
Gangguan yang dapat mengganggu pusat listrik antara lain : petir, short circuit, arus berlebih, perilaku manusia, perilaku hewan, arus urutan negatif, arus urutan positif, dsb.
1. PENDAHULUAN Tujuan : melepaskan atau memisahkan peralatan yang terganggu dari sistem keseluruhannya guna memperkecil kerusakan yaang dapat terjadi dan sebanyak mungkin mempertahankan kontinuitas penyediaan tenaga listrik.
2. KOMPONEN PROTEKSI PUSAT LISTRIK Komponen Utama : • Relai • Pengaman lebur (Fuse) • Circuit breaker • Pembumian (Grounding) • Pelindung komponen • Penangkal petir (Lightning Arrester) Komponen Pendukung : • Pendinginan • Baterai aki
Relai • Relai adalah saklar otomatis yang dikontrol oleh sinyal listrik untuk menggerakkan posisi on atau off. • Relai terdiri 2 macam berdasarkan input listrik, yaitu relai a.c. dan d.c. • Relai dibedakan menjadi 7 macam berdasarkan konstruksi, yaitu : relai tenaga udara, relai tenaga minyak banyak, relai tenaga minyak sedikit, telai tenaga gas SF6, relai tenaga vakum, relai tenaga medan magnet, dan relai tenaga udara tekan.
Relai
Circuit Breaker • Pada saat saklar tegangan (tinggi) membuka biasanya akan terjadi busur listrik • Busur listrik menyebabkan saklar teroksidasi sehingga kinerjanya dapat menurun • Dalam rangkaian dengan tegangan di atas 1.5 kV Saklar dibedakan menjadi – PMT (pemutus tenaga)/CB (circuit breaker) – PMB (pemutus beban)/LBS (load break switch) – PMS (pemisah)/DS (disconnecting switch)
Circuit Breaker
Circuit Breaker – – – – – – –
CB udara CB minyak banyak (bulk oil CB) CB minyak sedikit (low oil content CB) CB gas SF6 CB vakum CB medan magnet (magnetic CB) Vacum CB udara tekan (air blast CB)
Air blast
SF6
Circuit Breaker
Pengaman Lebur • Komponen ini memanfaatkan kawat yang memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus sesuai kapasitasnya. • Jika arus yang dihantarkan melebihi kemampuannya, maka kawat tersebut akan putus. • Komponen yang mempengaruhi hal tersebut adalah : material bahan dan tebal tipisnya kawat.
Pengaman Lebur Sifat beberapa logam untuk pengaman lebur logam
Titik Lebur (0C)
Resistansi Spesifik (mikroOhm/cm)
Tembaga
1090
1,7
Alumunium
665
2,8
Perak
980
1,6
Timah
240
11,2
Seng
419
6,0
Penangkal Petir • Hal ini sangat penting bagi sistem pembangkit, baik pada pusat pembangkit, transmisi, dan distribusi listrik untuk masalah petir. • Petir merupakan kilatan listrik yang high voltage, jika tidak dicegah dapat merusak komponen listrik.
Penangkal Petir • Penangkal Petir (lighting arrester) – Komponen-komponen pembangkit listrik yang terletak di luar, rentan akan sambaran petir – Penangkal petir harus diletak sedekat mungkin dengan unit yang akan dilindungi – Penangkal petir akan bekerja pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi unit yang dilindungi – Tingkat isolasi penangkal petir harus berada dibawah tingkat isolasi unit yang dilindungi
Pembumian • Pembumian menggunakan media tanah, sehingga disebut juga pentanahan. • Tanah yang digunakan proses pembumian memiliki karakteristik nilai hambatan yang rendah sehingga sinyal listrik akan memilih hambatan yang rendah. • Pembumian dilakukan agar arus bocor pada kerangka komponen pusat listrik menjadi minimal. • Pembumian dilakukan untuk meminimalisasi efek sambaran petir.
Pembumian
• • • •
Pembumian harus dihubungkan pada komponen pembangkitan listrik berikut : Komponen yang mempunyai dasar logam. Bagian pembuangan muatan listrik dari penangkal petir. Kawat petir yang ada pada bagian saluran transmisi dan tiang transmisi. Titik netral dari generator atau transformator.
Pembumian • Titik pembumian dapat dibedakan menjadi 3 jenis Batang besi (single and double rod) Pelat tembaga Anyaman tembaga Ketiga hal tersebut ditanam di dalam tanah.
Pembumian • Pentanahan • Pembumian (earthing) = pentanahan (grounding), pembumian menekankan perlunya bagian instalasi tersebut memiliki potensial yang sama dengan bumi • Bagian yang umum ditanahkan – Logam-logam yang menjadi rangka saluran listrik (berisolasi) • Badan generator, transformator, rangka kabel, dan rel
– Pembuangan muatan listrik • Penangkal petir (lighting arrester)
– Titik-titik netral pada unit pembangkitan • Titik netral generator dan transformator
Pelindung Komponen • Pelindung komponen diperlukan untuk menghindari terjadinya kerusakan akibat faktor eksternal, yaitu : Mahluk hidup (tikus, kucing, dll) Lingkungan (hujan, kelembaban, dll) • Komponen yang memerlukan pelindung : Kabel Transformator dll
Pendinginan • Tujuan proses pendinginan agar tidak terjadi over-heating pada stator kumparan atau bantalan generator, yang dapat menyebabkan terkelupasnya pelindung antar lilitan sehingga dapat terjadi short circuit. • Proses pendinginan diperlukan untuk menaikkan nilai efisiensi dari komponen listrik, yaitu generator dan transformator. • Proses pendinginan dapat berupa sirkulasi fluida. • Proses pendinginan juga diperlukan di dalam ruangan kontrol. Hal ini bertujuan menjaga suhu udara agar sistem kontrol dapat bekerja dengan baik.
Baterai Aki • Baterai aki diperlukan sebagai sumber listrik untuk berbagai komponen seperti relai, motor circuit breaker, pompa cooling oil emergency, penerangan emergency, peralatan komunikasi dan peralatan instumentasi. • Diperlukan perawatan dan pengecekan kondisi baterai ini untuk mengetahui besarnya tegangan pada aki agar sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan.
Contoh kegagalan sistem proteksi • Contoh kegagalan sistem proteksi – relai rusak – Transformator arus sudah jenuh – Gangguan pada pengawatan sekunder – Baterai lemah/rusak – Mekanisme CB macet/ rusak
3. KOMPONEN PUSAT LISTRIK YANG MEMERLUKAN SISTEM PROTEKSI
• • • • •
Generator Mesin Penggerak Generator Transformator Motor Rel/Busbar
Generator • • •
Generator yang umum digunakan adalah generator sinkron 3 fasa Tegangan generator maksimum saat ini adalah 23 kV Pasokan listrik dari generator sampai rel harus rapi dan bersih agar tidak menimbulkan gangguan
Generator • Relai arus lebih • Relai diferensial • Relai gangguan hubung tanah • Relai rotor hubung tanah • Relai penguatan hilang • Relai tegangan lebih • Relai arus urutan negatif • Relai suhu • Relai flux berlebih
Untuk generator, umumnya trip akan terjadi jika relai menerima input-input berikut Suhu yang tinggi; bearing, air pendingin, minyak pelumas, generator Tegangan; over voltage/ under voltage Arus; over current
Mesin Penggerak Generator • Relai suhu bantalan • Relai suhu air pendingin • Relai tekanan minyak pelumas
Transformator • Trafo penaik tegangan generator – Dalam hal proteksi, umumnya dianggap satu kesatuan dengan generator
• Trafo unit pembangkit – Pembangkit (daya>10 MW) umumnya memasok untuk pemakaian unit pembangkit itu sendiri; motor pendingin, pelumas dan lainnya
• Trafo pemakaian sendiri – Memasok instalasi penerangan, baterai, mesin-mesin bengkel dan lainnya
Transformator • • • • • • • • •
Relai arus lebih di sisi primer dan sekunder Relai hubung tanah Relai diferensial Relai hubung tanah terbatas Relai bucholz Relai suhu Relai tekanan mendadak Relai tangki tanah Relai arus urutan negatif
Transformator • Transformator – Trafo dengan tegangan >60kV, titik netralnya ditanahkan secara langsung (menghemat biaya isolasi) – Trafo dengan tegangan <60kV, titik netralnya ditanahkan melalui impedansi (menghasilkan arus gangguan hubungan tanah yang mampu menggerakan relai hubungan tanah) – Trafo untuk daya 70kW-1MW, perlu diamati kualitas minyak dan isolasi bushing – Minyak; sebagai pendingin dan isolasi, jika buruk trafo cepat panas, berkarat (timbul kandungan air), dan isolasi berkurang – Bushing; jika bushing nilai isolasinya berkurang hubungan singkat antara fasa ke tangki yang dapat meyebabkan trafo meledak
Motor • Motor listrik umumnya diproteksi terhadap pembebanan lebih, hubungan singkat dan tegangan rendah – Relai arus lebih dan sekering lebur – Relai stall – Relai tegangan rendah/hilang – Relai arus urutan negatif
Rel • Busbar merupakan komponen penting dalam unit distribusi • Susunan rel – – – –
Rel Tunggal Rel ganda dengan 1 CB Rel ganda dengan 2 CB Rel dengan 1 1/2 CB
• Perlindungan pada rel – – – –
Pemasangan penangkal petir Pentanahan Pemagaran di sekitar rel Relai proteksi busbar (relai diferensial)
Rel
4. KARAKTERISTIK SISTEM PROTEKSI Karakteristik sistem proteksi meliputi : 1. Selektivitas 2. Sensitivitas 3. Reliabilitas 4. Daya tanggap 5. Kompatibilitas
SISTEM KONTROL 1. Pendahuluan 2. Klasifikasi Sistem Kontrol 3. Parameter Kontrol 4. Komponen Sistem Kontrol
1. PENDAHULUAN • Sistem kontrol adalah sistem yang mencakup penyajian data dan informasi yang terdapat dalam pusat listrik, sehingga dari data tersebut dapat diproses dan dilakukan pengontrolan untuk mendapatkan dan menyediakan energi listrik. • Suatu sistem kontrol harus mampu menjalankan suatu urutan (sequencing) kerja dengan baik dan benar, tujuannya adalah untuk menghindarkan manusia dan alat dari operasi yang berbahaya dan merugikan (i.e. start/stop).
1. PENDAHULUAN Istilah Dalam Sistem Kontrol – Data acquisition • Pengumpulan dan penyajian data
– Threshold values • Pemberian peringatan atas batas maksimum suatu besaran
– Fault recording • Merekam kejadian abnormal dan memberikan analisanya
– Predictive maintenance • Mencatat besaran yang berkaitan dengan pemeliharaan (getaran, suhu bantalan) dan memberikan langkah pemeliharaan
– Program interupsi • Selektif memilih data yang urgent untuk ditampilkan
– Program automatic control • Mengatur otomatisasi besaran, tekanan udara misalnya
Prinsip Sistem Kontrol Umpanbalik SP
PV
MV
+/-
error Kontrol
MV = Measure Variable SP = Set Point PV = Process Variable Error = SP-PV
2. KLASIFIKASI SISTEM KONTROL Berdasarkan otomatisasi : • Sistem Kontrol Otomatis • Sistem Kontrol Manual Berdasarkan area yang dikontrol : • Sistem Kontrol Lokal • Sistem Kontrol Jarak Jauh
2. KLASIFIKASI SISTEM KONTROL Berdasarkan proses kontrol : • Proporsional • Proporsional Integrator (PI) • Proporsional Diferensial (PD) • Proporsional Integrator Diferensial (PID) Berdasarkan teknologi • PLC • DCS • SCADA
PLC • • • • •
PLC = Programmable Logic Controller Berbasis kontrol sinyal digital dengan logika 1 dan 0 Belum tersedia aplikasi alarm dan signal conditioning Kurang fleksibel. Tidak mempunyai database
DCS & SCADA • DCS = Distributed Control System • SCADA = Supervisory Control and Data Acquisition • Menggunakan proses PID • Aplikasi : alarm, diagnostics, fail safe • Lebih fleksibel penggunaanya, dan friendly. • Mempunyai database
3. PARAMETER KONTROL • Generator Tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, frekuensi, faktor daya, suhu kumparan stator, dan suhu bantalan. • Transformator Tegangan, arus, daya aktif, daya reaktif, suhu minyak, dan kadar air dalam minyak. • Mesin Penggerak Generator Tekanan, suhu, vibrasi, dll
3. PARAMETER KONTROL • Sistem Air ph, konduktifitas, sulfur, silica, TDS. • Boiler Tekanan, temperatur, flow. • Turbin RPM, flow, tekanan.
Kontrol Tegangan
Kontrol Tegangan
Kontrol Frekuensi • Pengaturan kopel mekanis dilakukan dengan cara – Mengatur pemberian uap penggerak turbin (PLTU) – Mengatur pemberian air penggerak turbin (PLTA) – Mengatur pemberian bahan bakar dalam ruang bakar turbin (PLTG) – Mengatur pemberian bahan bakar oleh pompa injeksi bahan bakar ke silinder mesin diesel (PLTD)
4. KOMPONEN SISTEM KONTROL • • • • •
Aktuator Interface Transducer Mikrokontroler Komputer
Aktuator Aktuator merupakan komponen penggerak dari sistem kontrol, antara lain : • Sistem Hidrolik = Medium cairan • Sistem Pneumatik = Medium udara bertekanan • Sistem Motor = Listrik
Interface Interfacing merupakan sistem komunikasi yang menghubungkan 2 hardware. Jenis interfacing antara lain : • Wiring : PPi 8255, RS 232, RS 485, TCP/IP • Wireless : Bluetooth, WiFi, ZigBee, sinyal satelit, GPRS, GSM
Transducer • Transducer merupakan sensor yang mengubah suatu besaran fisik yang ingin diukur menjadi besaran listrik. • Didalam sebuah transducer terdapat sensor konvensional dan sebuah pengkondisi sinyal.
Mikrokontroler • Mikrokontroler merupakan perangkat yang digunakan untuk mensampling data analog menjadi data digital kemudian diolah dan dikirim melalui interface menuju komputer pada pusat kendali. • Bagian mikroprosesor/mikrokontroler ADC, DAC, SRAM, memory flash, I/O, CPU, EEPROM
Komputer • • • • •
Data Logger Printer Plotter Layar Keyboard
Bagan Sederhana Sistem Kontrol Layar Keyboard Data Logger
PC
Printer
Interfacing
ID Plotter
A/D
A/D
A/D
A?D
A/D
T
T
T
T
T
Besaran Fisik dari Instalasi Energi
AKTUATOR
