Prinsip Kerja Studi Proteksi Gangguan Hubung Tanah Pada Stator Generator Menggunakan Metode Tegangan Harmonisa Ketiga

BAB IV PROTEKSI GANGGUAN HUBUNG TANAH PADA STATOR GENERATOR DENGAN MENGGUNAKAN METODE TEGANGAN HARMONISA KETIGA

IV.1 Prinsip Kerja

Proteksi menggunakan metode tegangan harmonisa ketiga memanfaatkan tegangan harmonisa ketiga yang dihasilkan secara natural oleh semua generator. Tegangan output generator tidak merupakan gelombang sinus murni, namun terdistorsi oleh tegangan harmonisa. Dari semua harmonisa yang ada, terdapat harmonisa kelipatan tiga triplen yaitu harmonisa ke 3, 9,15 dan seterusnya. Komponen triplen muncul dengan besar dan urutan fasa yang sama pada tiap fasanya. Sehingga harmonisa ini tidak saling meniadakan jika dijumlahkan disebabkan kesamaan urutan fasanya. Komponen ini muncul pada terminal netral generator sebagai besaran urutan nol zero sequence quantity. Tegangan harmonisa ketiga merupakan komponen terbesar dibandingkan tegangan harmonisa lainnya. Prinsip kerja dari metode ini adalah berdasarkan pengukuran tegangan harmonisa ketiga yang terdapat pada netral, terminal atau pada keduanya. Tegangan yang diukur adalah tegangan harmonisa ketiga antara kedua titik di atas dan tanah. Tegangan harmonisa ketiga yang dihasilkan oleh generator muncul pada kedua ujung belitan stator dan berbeda – beda besarnya tergantung dari desain dan pembebanan generator tersebut. Dalam kondisi normal, karakteristik tegangan harmonisa ketiga pada belitan stator adalah seperti Gambar 4.1 berikut: Universitas Sumatera Utara Gambar 4.1 Karakteristik tegangan harmonisa ketiga pada kondisi normal Tegangan harmonisa terdistribusi sepanjang belitan stator. Besar tegangan pada netral dan terminal generator dipengaruhi oleh besarnya kapasitansi ke tanah pada belitan stator dan kapasitansi sistem luar yang dekat dengan generator. Selain itu, besar tegangan harmonisa generator juga dipengaruhi oleh pembebanan. Pada Gambar 4.1 dapat kita lihat bahwa tegangan harmonisa pada kondisi beban penuh lebih besar daripada tegangan harmonisa beban nol. Ketika gangguan hubung singkat ke tanah muncul di dekat titik netral generator sinkron, tegangan harmonisa ketiga akan naik dan bernilai sama dengan total harmonisa ketiga yang dihasilkan generator. Sedangkan tegangan harmonisa ketiga di titik netral akan turun menjadi nol. Tegangan harmonisa ini akan semakin besar jika semakin dekat dengan terminal generator seperti Gambar 4.2 berikut : Universitas Sumatera Utara Gambar 4.2 Tegangan harmonisa ketiga saat gangguan berada di titik netral Saat gangguan terjadi di titik terminal generator maka tegangan harmonisa ketiga di terminal turun menjadi nol dan tegangan harmonisa ketiga di titik netral meningkat hingga sebesar total semua tegangan harmonisa ketiga yang dihasilkan generator. Karakteristiknya adalah sebagai berikut : Gambar 4.3 Karakteristik tegangan harmonisa ketiga saat gangguan di titik terminal Berdasarkan karakteristik di atas dapat didesain tiga skema utama sistem proteksi stator generator menggunakan metode tegangan harmonisa ketiga, yaitu skema tegangan- lebih, skema tegangan-kurang dan skema rasio tegangan. Pembagian skema ini didasarkan pada tempat dimana tegangan akan diukur yaitu apakah di terminal, di netral atau pada keduanya netral dan terminal. Ketiga skema tersebut menggunakan rele yang Universitas Sumatera Utara disetel pada frekuensi harmonisa ketiga dan juga menggunakan rele standar tegangan lebih yang distel pada frekuensi dasar. IV.1.1 Metode Proteksi Umum Generator biasanya dibumikan melalui transformator pembumian dengan sebuah resistor. Biasanya netral dari transformator tegangan dibumikan secara langsung. Pada Gambar 4.4 kita lihat terdapat sebuah rele yang diparalelkan dengan resistor. Rele ini adalah rele tegangan lebih standar dengan frekuensi dasar fundamental. Rele ini disetel agar dapat memproteksi belitan stator mulai dari titik terminal sampai maksimal 5 dekat titik netral generator. Sisa 5 belitan generator yang terdekat ke netral harus diproteksi dengan rele tegangan harmonisa ketiga. Gambar 4.4 Proteksi gangguan tanah stator dengan rele tegangan lebih IV.1.2 Proteksi Menggunakan tegangan Harmonisa Ketiga Metode Proteksi Menggunakan metode tegangan harmonisa ketiga dapat dilakukan dengan tiga cara yang berbeda. Perubahan besar tegangan harmonisa ketiga pada generator akibat adanya gangguan hubung tanah stator dapat diukur di netral generator, Terminal Generator, maupun di kedua tempat tersebut dan kemudian dibandingkan. Universitas Sumatera Utara IV.1.2.1 Metode Tegangan Kurang Pada metode ini, kita akan mengukur tegangan harmonisa ketiga yang terdapaat pada netral. Rangkaian proteksi metode tegangan kurang ini adalah seperti Gambar 4.5 berikut Gambar 4.5 Metode Proteksi Tegangan Kurang Dapat kita lihat bahwa rele 27H digunakan untuk mendeteksi tegangan harmonisa ketiga 150Hz dan rele 59GN digunakan untuk mendeteksi tegangan yang mempunyai frekuensi dasar yaitu 50 Hz. Kedua rele ini sama – sama mengukur tegangan di netral generator pada saat gangguan terjadi. Rele 59GN melindungi bagian 0-95 dari belitan stator sedangkan rele 27H melindungi 5 belitan yang terdekat ke netral. Sehingga apabila kedua rele ini bekerja bersama - sama, akan dapat melindungi keseluruhan belitan stator. Rele 27H harus diatur agar tegangan pick – up nya cukup rendah untuk menghindari bekerjanya rele pada saat keadaan normal dimana tegangan harmonisa ketiga yang dihasilkan realtif rendah. Namun, tegangan pick – up ini harus cukup tinggi agar dapat Universitas Sumatera Utara mendeteksi gangguan yang tidak dapat dirasakan oleh rele 59GN pada saat keadaan tegangan harmonisa ketiga maksimum. IV.1.2.2 Metode Tegangan Lebih Pada metode tegangan lebih ini, kita akan mengukur tegangan harmonisa ketiga pada terminal generator. Rele 59T akan mendeteksi kenaikan tegangan harmonisa ketiga di terminal saat terjadi gangguan di dekat netral generator. Tegangan pick – up rele 59T ini harus diatur agar lebih besar dari tegangan harmonisa ketiga saat kondisi normal. Namun disaat yang sama harus lebih kecil dari tegangan minimum yang dihasilkan saat terjadi gangguan dekat dengan titik netral. Gambar 4.6 Metode proteksi tegangan lebih IV.1.2.3 Metode Rasio Tegangan Tegangan harmonisa ketiga akan diukur pada kedua ujung belitan, yaitu pada netral dan terminal generator. Kedua tegangan ini akan dibandingkan dan didapatkan rasio perbandingannya. Universitas Sumatera Utara Metode proteksi rasio tegangan ini lebih baik dibandingkan kedua metode di atas, karena seringkali sulit dalam menentukan setting pick – up baik pada metode tegangan kurang maupun metode tegangan lebih. Hal ini terjadi karena adanya variasi tegangan harmonisa ketiga saat kondisi beban yang berbeda – beda. Pada kondisi beban nol dan beban ringan, tegangan harmonisa ketiga relatif kecil jika dibandingkan dengan saat generator bekerja dengan beban penuh. Variasi tegangan ini dapat diatasi dengan rasio tegangan, karena rasio tegangan harmonisa ketiga di netral dan terminal relatif sama untuk semua kondisi pembebanan generator. Gambar 4.7 Metode Proteksi Rasio Tegangan

IV.2 Tegangan Harmonisa Ketiga Generator