Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PRO (1)
Makalah Seminar Kerja Praktek
SISTEM PROTEKSI GENERATOR PADA PLTG
WESTINGHOUSE W-251
Fitria Prasetiawati1 , Ir. Tejo Su kmadi, M.T.2
Jurusan Teknik Elektro, Faku ltas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Pro f. Sudharto, tembalang, Semarang, Indonesia
Email : fit riaprasetiawat i@g mail.co m
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 penin gkatan. 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 : PENDAHUL UAN
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 umu mnya 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 (b iaya 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. Maka dilakukan penerapan
sistem proteksi generator untuk menghindari
adanya gangguan yang terjadi pada generator
dan cepat melokalisir luas daerah yang
mengalami gangguan
menjad i sekecil
mungkin.
1.2 Tujuan
Tujuan dalam kerja praktek in i
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 Masal ah
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
Westinghouse W-251 Cilacap
PLTG
Gambar 2.1 Prinsip Kerja PLTG
Mula-mula udara dari atmosfir ditekan
didalam ko mpresor hingga temperature dan
tekanannya naik dan proses ini biasa disebut
dengan proses kompresi dimana sebagian
udara yang dihasilkan in i 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. Selan jutnya energi mekan is
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. Ko mpresor (Compressor )
Ko mpresor yang diguankan pada
PLTG Westinghouse W-251 CILA CAP
adalah kompresor jenis aksial dengan
sudu-dudu sebanyak 17 t ingkat.
3. Ruang Bakar ( Co mbustion Chamber )
Ruang bakar adalah salah satu
ko mponen utama dalam pembagkit listrik
tenaga
gas
yang berfunsi untuk
melakasanakan dan sebagai tempat
pembakaran bahan bakar dari turbin.
4. Tu rbin 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
membangkitkan tenaga listrik.
untuk
2.3 Sistem Alat B antu PLTG Westinghouse
W-251 Cilacap
1. Starting Device (Diesel)
Fungsi
diesel
adalah
sebagai
peralatan penggerak mula (prime mover)
untuk membantu start turbin gas pada saat
awal start.
8. Over Speed Trip System
Adalah
sistem
yang
akan
memberhentikan unit apabila terjadi
kondisi putaran lebih yang akan
membahayakan peralatan mesin.
2. Lube Oil System
Merupakan system alat bantu yang
berfungsi sebagai media pendingin diantara
dua bagian peralatan mesin yang saling
bergesekan atau bersentuhan sehingga
men imbulkan panas.
BAB III : TEORI GEN ERATOR
3. Lube Oil Cooler System
Lube Oil Cooler System merupakan
alat bantu yang berfungsi untuk
mendingin kan minyak pelu mas yang
bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari
fungsi minyak pelu mas 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
mendingin kan 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 ko mpresor 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 belu m mencukupi.
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 mekan is yang akan
dihasilkan o leh 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
ku mparan.
Masing-masing
slot
dihubungkan
untuk
mendapatkan
tegangan induksi.
c. Alur stator
Merupakan bagian stator yang berperan
sebagai
tempat
belitan
stator
ditempatkan.
d. Ru mah stator
Bagian dari stator yang umu mnya
terbuat dari besi tuang yang berbentuk
silinder. Bagian belakang dari ru mah
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 umu m,
yaitu:
1. Inti kutub
2. Ku mparan medan
BAB
IV
:
S ISTEM
PROTEKS I
GEN ERATOR
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
Efekt ivitas 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 in i jelas, penyebab utama dari
“outage”
rangkaian
adalah
tidak
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-t rafo dan
rele-rele tersendiri.
Secara u mu m, ko mponen-ko mponen
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 uku r. 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 t rip 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
ko mbinasi 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 umu mnya tidak prakt is
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. Umu mnya
pengaman gangguan ini jarang sekali
digunakan dalam praktek.
2. Gangguan di l uar 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, v ibrasi
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 menjad i rusak, sehingga usia
pemakaiannya menjadi leb ih 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 rat ing 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 A VR
(Automatic Voltage Regulator).
Sistem p roteksi generator harus
memiliki dua kriteria, yaitu mesti cukup
sensitive untuk mendeteksi semua jenis
gangguan pada generator, sedangkan di sisi
lain t idak mengganggu jalannya sistem saat
terjadi gangguan yang tidak parah. Oleh
karena itu perlu d ipasang 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 ku mparan kerja
relai.
2. Pengaman Teg angan 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 u mu mnya tidak d igunakan
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 g angguan rotor
Relai untuk mendeteksi gangguan ini
ialah relai gangguan rotor ke tanah dan
prisip kerja relai in i ada dua cara.
a. Dengan memasang tahanan tinggi
paralel dengan belitan rotor dan
dipasang volt meter atau relai
tegangan. Bila terjad i suatu gangguan
pada rotor maka volt meter akan
menyimpang ataupun relai ini akan
bekerja.
b. Menggunakan relai rotor hubung
tanah.
4. Pengaman Arus Urutan Neg atif
Jenis relai d ireko mendasikan ialah
relai arus lebih lebih termis atau relai arus
lebih waktu sangat terbaik dengan
karakteristik pemanasan sesuia rotor yang
diamankan. Relai in i 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 Kesimpul an
1. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
mempunyai beberapa peralatan utama
seperti : turbin gas (Gas Turbine),
ko mpresor (Compressor),
ruang
bakar (Co mbustor).
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.
5.2 Saran
1. Peralatan proteksi generator harus betulbetul
mencegah kerusakan
generator,
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 mengaman kan manusia terhadap
bahaya yang ditimbulkan o leh 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 Ha rten.JP, “INSTALASI LISTRIK
ARUS K UAT 3“, PT Binacipta,
Bandung,1992, hal 248.
[5] http://www.docstoc.com/docs/21954566
-Operasi Pemeliharaan Sistem Proteksi.
BIODATA PENULIS
Penulis
bernama
Fitria
Prasetiawati (L2F009046) lahir
di Semarang, 17 April 1991.
Penulis
telah
menempuh
pendidikan di TK Pertiwi 1
Purwo kerto, SD N Du kuhwaluh
02 Purwokerto, SMP Muhammad iyah 01
Purwo kerto, SMA N 05 Purwokerto, dan saat
ini sedang menempuh pendidikan S1 di
Teknik Elektro Un iversitas Diponegoro.
Mengetahui,
Dosen Pemb imbing
Ir. Tejo Sukmad i, M .T.
NIP 196111171988031001
SISTEM PROTEKSI GENERATOR PADA PLTG
WESTINGHOUSE W-251
Fitria Prasetiawati1 , Ir. Tejo Su kmadi, M.T.2
Jurusan Teknik Elektro, Faku ltas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Pro f. Sudharto, tembalang, Semarang, Indonesia
Email : fit riaprasetiawat i@g mail.co m
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 penin gkatan. 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 : PENDAHUL UAN
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 umu mnya 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 (b iaya 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. Maka dilakukan penerapan
sistem proteksi generator untuk menghindari
adanya gangguan yang terjadi pada generator
dan cepat melokalisir luas daerah yang
mengalami gangguan
menjad i sekecil
mungkin.
1.2 Tujuan
Tujuan dalam kerja praktek in i
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 Masal ah
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
Westinghouse W-251 Cilacap
PLTG
Gambar 2.1 Prinsip Kerja PLTG
Mula-mula udara dari atmosfir ditekan
didalam ko mpresor hingga temperature dan
tekanannya naik dan proses ini biasa disebut
dengan proses kompresi dimana sebagian
udara yang dihasilkan in i 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. Selan jutnya energi mekan is
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. Ko mpresor (Compressor )
Ko mpresor yang diguankan pada
PLTG Westinghouse W-251 CILA CAP
adalah kompresor jenis aksial dengan
sudu-dudu sebanyak 17 t ingkat.
3. Ruang Bakar ( Co mbustion Chamber )
Ruang bakar adalah salah satu
ko mponen utama dalam pembagkit listrik
tenaga
gas
yang berfunsi untuk
melakasanakan dan sebagai tempat
pembakaran bahan bakar dari turbin.
4. Tu rbin 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
membangkitkan tenaga listrik.
untuk
2.3 Sistem Alat B antu PLTG Westinghouse
W-251 Cilacap
1. Starting Device (Diesel)
Fungsi
diesel
adalah
sebagai
peralatan penggerak mula (prime mover)
untuk membantu start turbin gas pada saat
awal start.
8. Over Speed Trip System
Adalah
sistem
yang
akan
memberhentikan unit apabila terjadi
kondisi putaran lebih yang akan
membahayakan peralatan mesin.
2. Lube Oil System
Merupakan system alat bantu yang
berfungsi sebagai media pendingin diantara
dua bagian peralatan mesin yang saling
bergesekan atau bersentuhan sehingga
men imbulkan panas.
BAB III : TEORI GEN ERATOR
3. Lube Oil Cooler System
Lube Oil Cooler System merupakan
alat bantu yang berfungsi untuk
mendingin kan minyak pelu mas yang
bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari
fungsi minyak pelu mas 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
mendingin kan 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 ko mpresor 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 belu m mencukupi.
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 mekan is yang akan
dihasilkan o leh 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
ku mparan.
Masing-masing
slot
dihubungkan
untuk
mendapatkan
tegangan induksi.
c. Alur stator
Merupakan bagian stator yang berperan
sebagai
tempat
belitan
stator
ditempatkan.
d. Ru mah stator
Bagian dari stator yang umu mnya
terbuat dari besi tuang yang berbentuk
silinder. Bagian belakang dari ru mah
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 umu m,
yaitu:
1. Inti kutub
2. Ku mparan medan
BAB
IV
:
S ISTEM
PROTEKS I
GEN ERATOR
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
Efekt ivitas 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 in i jelas, penyebab utama dari
“outage”
rangkaian
adalah
tidak
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-t rafo dan
rele-rele tersendiri.
Secara u mu m, ko mponen-ko mponen
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 uku r. 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 t rip 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
ko mbinasi 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 umu mnya tidak prakt is
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. Umu mnya
pengaman gangguan ini jarang sekali
digunakan dalam praktek.
2. Gangguan di l uar 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, v ibrasi
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 menjad i rusak, sehingga usia
pemakaiannya menjadi leb ih 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 rat ing 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 A VR
(Automatic Voltage Regulator).
Sistem p roteksi generator harus
memiliki dua kriteria, yaitu mesti cukup
sensitive untuk mendeteksi semua jenis
gangguan pada generator, sedangkan di sisi
lain t idak mengganggu jalannya sistem saat
terjadi gangguan yang tidak parah. Oleh
karena itu perlu d ipasang 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 ku mparan kerja
relai.
2. Pengaman Teg angan 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 u mu mnya tidak d igunakan
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 g angguan rotor
Relai untuk mendeteksi gangguan ini
ialah relai gangguan rotor ke tanah dan
prisip kerja relai in i ada dua cara.
a. Dengan memasang tahanan tinggi
paralel dengan belitan rotor dan
dipasang volt meter atau relai
tegangan. Bila terjad i suatu gangguan
pada rotor maka volt meter akan
menyimpang ataupun relai ini akan
bekerja.
b. Menggunakan relai rotor hubung
tanah.
4. Pengaman Arus Urutan Neg atif
Jenis relai d ireko mendasikan ialah
relai arus lebih lebih termis atau relai arus
lebih waktu sangat terbaik dengan
karakteristik pemanasan sesuia rotor yang
diamankan. Relai in i 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 Kesimpul an
1. Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)
mempunyai beberapa peralatan utama
seperti : turbin gas (Gas Turbine),
ko mpresor (Compressor),
ruang
bakar (Co mbustor).
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.
5.2 Saran
1. Peralatan proteksi generator harus betulbetul
mencegah kerusakan
generator,
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 mengaman kan manusia terhadap
bahaya yang ditimbulkan o leh 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 Ha rten.JP, “INSTALASI LISTRIK
ARUS K UAT 3“, PT Binacipta,
Bandung,1992, hal 248.
[5] http://www.docstoc.com/docs/21954566
-Operasi Pemeliharaan Sistem Proteksi.
BIODATA PENULIS
Penulis
bernama
Fitria
Prasetiawati (L2F009046) lahir
di Semarang, 17 April 1991.
Penulis
telah
menempuh
pendidikan di TK Pertiwi 1
Purwo kerto, SD N Du kuhwaluh
02 Purwokerto, SMP Muhammad iyah 01
Purwo kerto, SMA N 05 Purwokerto, dan saat
ini sedang menempuh pendidikan S1 di
Teknik Elektro Un iversitas Diponegoro.
Mengetahui,
Dosen Pemb imbing
Ir. Tejo Sukmad i, M .T.
NIP 196111171988031001