Makalah Seminar Kerja Praktek Sistem Pro
Makalah Seminar Kerja Praktek
Sistem Proteksi Generator Berbasis RCS-985 Pada PLTU Pacitan
Satrio Wibowo (21060110141099), Ir. Yuningtyastuti, MT (195209261983032001)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 7460053, 7460055
Fax. (024) 746055
E-mail: Satriotr12@yahoo.com
Abstrak
Kebutuhan listrik dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan laju pertumbuhan penduduk.
Maka dibangunlah pembangkit-pembangkit energi listrik sehingga terpenuhi kebutuhan listrik dalam negeri.
Keandalan dan keberlangsungan suatu pembangkit energi listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada
sistem proteksi yang digunakan. Adanya gangguan pada suatu pembangkit dapat mengganggu operasi dari
pembangkit tersebut yang juga dapat membahayakan bagian-bagian penting didalamnya karena dapat
mengakibatkan kerusakan dan meluasnya daerah kerusakan ke bagian-bagian lain. Karena itu diperlukan suatu
sistem proteksi yang dapat melindungi setiap bagian dari pembangkit energi listrik.
PLTG Pacitan menggunakan sistem proteksi berbasis RCS-985. Sistem ini memiliki berbagai fungsi
proteksi yang salah satunya untuk proteksi generator. Terdiri dari bagian-bagian analog input unit, mikroprosesor,
modul proteksi CPU, manajemen / record modul (MON), modul sinyal dll.. RCS-985 terintegrasi dengan semua
perangkat proteksi dan memiliki interface berupa nyala lampu LED dan alarm untuk indikator gangguan. RCS-985
juga memiliki lock-out relay sebagai interlock untuk pengaman-pengaman atau breaker pada PLTU Pacitan.
Kata kunci : Sistem Proteksi Generator, RCS-985
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Listrik sangat berguna baik dalam
pemenuhan kebutuhan rumah tangga ataupun
kebutuhan dunia industri. Kebutuhan listrik dari
tahun ke tahun semakin meningkat seiring
dengan laju pertumbuhan penduduk. Maka
dibangunlah pembangkit-pembangkit energi
listrik sehingga terpenuhi kebutuhan listrik
dalam negeri. Tentu saja pembangkit listrik
mempunyai peran yang sangat besar pada semua
sektor
kehidupan
masyarakat
sehingga
keberadaannya menjadi sangat penting.
Keandalan dan keberlangsungan suatu
sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen
sangat tergantung pada sistem proteksi yang
digunakan. Adanya gangguan pada suatu sistem
pembangkit dapat mengganggu operasi dari
sistem pembangkit tersebut yang dapat
membahayakan
bagian-bagian
penting
didalamnya karena dapat mengakibatkan
kerusakan dan penurunan umur pembangkit.
Karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang
dapat melindungi setiap bagian dari sistem
pembangkit listrik , salah satunya adalah
menggunakan RCS-985
1.2 Maksud dan Tujuan Kerja Praktek
Tujuan Kerja Praktek ini adalah :
1. Mahasiswa melalui kerja praktek ini dapat
menerapkan teori yang didapat di bangku
kuliah.
2. Mahasiswa dapat mengetahui sistem
proteksi pada pembangkit tenaga listrik,
khususnya di PLTU Pacitan.
3. Mahasiswa dapat
mengetahui secara
langsung alat-alat sistem proteksi yang
terdapat di pembangkit PLTU Pacitan.
1.3 Batasan Masalah
Dalam Laporan Kerja Praktek ini, penulis
membatasi masalah hanya pada prinsip kerja
dari sistem proteksi generator RCS-985 pada
PLTU Pacitan.
II. DASAR TEORI
2.1 Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Yang dimaksud dengan sistem proteksi
tenaga listrik adalah sistem pengaman pada
peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem
tenaga listrik, seperti generator, bus bar,
transformator, saluran udara tegangan tinggi,
saluran kabel bawah tanah, dan lain sebagainya
terhadap kondisi abnormal operasi sistem tenaga
listrik tersebut.
2.2 Fungsi dan Persyaratan Kualitas Proteksi
Proteksi itu diperlukan :
1. Untuk
menghindari
ataupun
untuk
mengurangi kerusakan peralatan-peralatan
akibat gangguan (kondisi abnormal operasi
sistem). Semakin cepat reaksi perangkat
proteksi yang digunakan maka akan semakin
sedikitlah pengaruh gangguan kepada
kemungkinan kerusakan alat
2. Untuk cepat melokalisir luas daerah terganggu
menjadi sekecil mungkin
3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik
dengan keandalan yang tinggi kepada
konsumen dan juga mutu listrik yang baik.
4. Untuk mengamankan manusia terhadap
bahaya yang ditimbulkan oleh listrik
mendatang waktu ini hendak dipersingkat
menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay
dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high
speed relaying)
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). Reliabilitas (keandalan)
Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage”
rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi
sebagaimana mestinya (mal operation).
2.3 Perangkat Sistem Proteksi
Yang dimaksud dengan perangkat sistem
proteksi,seperti terlihat pada gambar 2.1 adalah :
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu
diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem
proteksi yang efektif yaitu :
Gambar 2.1 Hubungan antar perangkat proteksi
a). Selektivitas dan Diskrimanasi
Efektivitas 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
Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus
gangguan terus mengalir, semakin besar
kerusakan peralatan. Hal yang paling penting
adalah perlunya membuka bagian-bagian yang
terganggu sebelum generator-generator yang
dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi
dengan sistem selebihnya. Waktu pembebasan
gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem
tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana
1. Relai.
Sebagai elemen perasa /pengukur untuk
mendeteksi gangguan.
2. PMT/PMB (Pemutus Tenaga/ Pemutus Beban)
Sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga
untuk melepas bagian sistem yang terganggu.
3. Trafo tegangan dan atau trafo arus.
Mengubah besarnya arus dan atau tegangan
dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder (Relai)
4. Battery.
Sebagai sumber tenaga untuk mentripkan PMT
dan catu daya untuk relai statik dan relai bantu.
5. Pengawatan.
Untuk mengubungkan komponen-komponen
proteksi sehingga menjadi satu sistem.
2.4 Gangguan Pada Generator
Macam-macam gangguan pada generator
dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
A. Gangguan listrik (electrical fault)
B. Gangguan mekanis/panas (mechanical or
thermal fault)
C. Gangguan sistem (system fault)
menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya
kemudian terhubung ketanah, sementara sisi
sebelumnya tidak terselesaikan maka akan
terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan
yang terhubung singkat melalui tanah.
Akibatnya terjadi ketidakseimbangan fluksi
yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan dan
kerusakan fatal pada rotor.
Gangguan Listrik (electrical fault ) .
Jenis gangguan ini adalah gangguan yang
timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari
generator. Gangguan-gangguan tersebut antara
lain :
1. Hubung singkat 3 (tiga) fasa.
Terjadinya arus lebih pada stator yang
dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat
terjadinya hubungan singkat tiga fasa (three
phase fault). Gangguan ini akan menimbulkan
loncatan bunga api dengan suhu tinggi yang
akan melelehkan belitan dengan resiko
terjadinya kebakaran jika isolasi tidak terbuat
dari bahan yang anti api ( non flammable)
5.
A.
2. Hubung singkat 2 (dua) fasa.
Gangguan hubung singkat 2 fasa (unbalance
fault) lebih berbahaya dibanding gangguan
hubung singkat tiga fasa (balance fault) karena
disamping akan terjadi kerusakan pada belitan,
akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator.
Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros
(shaft) dan kopling turbin akibat adanya momen
puntir yang besar.
3. Stator hubung singkat satu fasa ketanah
(stator ground fault)
Kerusakan akibat gangguan 2 fasa atau antara
konduktor
kadang-kadang
masih
dapat
diperbaiki dengan menyambung (taping) atau
mengganti sebagian konduktor tetapi kerusakan
laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan
1 fasa ketanah yang menimbulkan bunga api dan
merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan
serius yang perbaikannya dilakukan secara total.
Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera
diproteksi.
4. Rotor hubung tanah (field ground).
Pada rotor generator yang belitannya tidak
dihubungkan ketanah (ungrounded system), bila
salah satu sisi terhubung ketanah belum
Kehilangan medan penguat (loss of
excitation).
Hilangnya medan penguat akan membuat
putaran mesin naik dan berfungsi sebagai
generator induksi. Kondisi ini akan berakibat
pemanasan Iebih pada rotor dan pasak (slot
wedges), akibat arus induksi yang bersirkulasi
pada rotor.
Kehilangan
medan
penguat
dapat
dimungkinkan oleh :
a. Jatuhnya (trip) saklar penguat .
b. Hubung Singkat pada belitan penguat.
c. Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi
penguat.
d. Kerusakan pada sistem AVR.
6.Tegangan lebih (over voltage).
Tegangan yang berlebihan melampaui batas
maksimum yang diijinkan dapat berakibat
tembusnya (breakdown) desain isolasi yang
akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat
antara belitan. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (overspeed)
atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis
(AVR).
B Ganguan Mekanis/Panas (mechanical or
thermal fault)
Jenis-jenis gangguan mekanik atau panas
antara lain:
1. Generator
berfungsi
sebagai
motor
(motoring). Motoring adalah peristiwa berubah
fungsinya generator menjadi motor akibat daya
balik (reverse power).
Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya
daya masukan dari penggerak utama (prime
mover). Dampak kerusakan akibat peristiwa
motoring adalah lebih kepada penggerak utama
itu sendiri.
2. Pemanasan lebih setempat.
Pemanasan lebih setempat pada sebagian
stator dapat dimungkinkan oleh :
a. kerusakan laminasi
b. kendornya bagian-bagian tertentu didalam
generator seperti: pasak-pasak stator (stator
wedges), terminal ujung-ujung belitan, dsb.
3. Kesalahan paralel.
Kesalahan dalam memparalel generator
karena syarat-syarat sinkron tidak terpenuhi
dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian
poros dan kopling generator dan penggerak
utamanya karena terjadinya momen puntir.
Kemungkinan kerusakan lain yang timbul
kerusakan PMT dan kerusakan pada kumparan
stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.
C. Gangguan sistem (system fault)
Generator dapat terganggu akibat adanya
gangguan yang datang atau terjadi pada sistem.
Gangguan-gangguan sistem yang umumnya
terjadi antara lain:
1. Frekuensi operasi yang tidak normal
(abnormal frequency operation)
Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas
normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan
pada turbingenerator.Perubahan frekuensi sistem
dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit
pembangkit atau penghantar (transmisi).
4. Arus beban kumparan yang tidak seimbang
(unbalance armature current).
Pembebanan yang tidak seimbang pada
sistem atau adanya gangguan satu fasa dan dua
fasa pada sistem yang menyebabkan beban
generator tidak seimbang dan menimbulkan arus
urutan negatif. Arus urutan negatif yang
melebihi akan menginduksikan arus medan yang
berfrekuensi rangkap dengan arah berlawanan
dengan putaran rotor dan akan menginduksikan
arus pada rotor yang akan menyebabkan adanya
pemanasan lebih dan kerusakan pada bagianbagian konstruksi rotor.
III. SISTEM PROTEKSI
PLTU PACITAN
GENERATOR
Sistem Proteksi pada PLTU Pacitan
mempunyai sub-sub sistem proteksi yaitu sistem
proteksi turbin, sistem proteksi motor dan sistem
proteksi listrik. Sistem proteksi listrik sendiri
melindungi 2 komponen utama yaitu generator
dan transformator. Sistem proteksi pada
generator pembangkit menggunakan sistem
digital dengan nama produk RCS-985.
Berikut diagram blok sistem proteksi generator
turbin gas RCS-985
2. Lepas sinkron (loss of synchron).
Adanya gangguan di sistem akibat perubahan
beban mendadak, switching, hubung singkat dan
peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan
ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa
inicukup lama dan melampaui batas-batas
ketidakstabilan generator, generator akan
kehilangan kondisi paralel.
Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak
yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi
keluar dan yang seharusnya sehingga akan
menyebabkan terjadinya stress pada belitan
generator, gaya puntir yang berfluktuasi dan
resonansi yang akan merusak turbin generator.
Pada kondisi ini generator harus dilepas dari
sistem.
3. Pengaman cadangan (back up protection)
Kegagalan fungsi proteksi didepan generator
pada saat terjadi gangguan di sistem akan
Gambar 3.1 Diagram blok sistem proteksi generator
RCS-985
Pada gambar 3.1, terlihat bagian-bagian
dari sistem proteksi generator PLTU Pacitan.
Komponen-komponen dari RCS-985 sendiri
ditandai oleh garis merah.
5.
6.
Analog Input
Bagian ini berfungsi untuk menerima variabelvariabel ukur analog lalu merubahnya ke bentuk
digital untuk diproses lebih lanjut di CPU.
CPU
Semua proteksi yang tersedia dan fungsi-fungsi
logika disimpan sebagai modul library software
didalam CPU
7.
8.
9.
10.
11.
MON Modul
Berfungsi sebagai fault detector and fault
recorder.
Modul Sinyal
Modul sinyal terdiri dari lima modul yang yaitu,
SIG1 , SIG2 , SIG3 dan SIG4 yang berfungsi
memproses Output biner perintah trip, sinyal
output trip dan status input biner.
12.
13.
14.
15.
16.
Modul DC
Power supply terletak di modul DC .
mengkonversi DC 250/220/125/110 V ke DC
yang berbeda tingkat tegangan yang dibutuhkan
oleh berbagai modul peralatan.
Output kontak trip (rly)
Sebagai interlock untuk pengaman-pengaman
atau breaker pada komponen sistem tenaga.
3.1 Fungsi-Fungsi Proteksi Yang Digunakan.
Beberapa fungsi proteksi tersedia pada
software yang secara permanen tersimpan dalam
sistem. Fungsi-fungsi proteksi yang digunakan
pada generator disajikan dalam tabel 4.1
Tabel 3.1 Fungsi-fungsi proteksi pada generator
No. Fungsi Proteksi
Kode
IEEE
1.
Current differential protection
87G
2.
Unrestrained
instantaneous 87UG
differential protection
3.
DPFC current differential 87G
protection
4.
Spilt-phase
transverse 87G
differential protection
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
High sensitive transverse
differential protection
Longitudinal zero sequence
overvoltage protection for
turn-to-turn fault
DPFC directional protection
for turn-to-turn fault
Two stages phase-to-phase
impedance protection
Voltage controlled overcurrent
protection
Terminal
high-current
blocking function
Fundamental zero sequence
overvoltage protection for
stator earth fault
Third harmonic protection for
stator earth fault
Two stages of one-point-earth
fault protection of rotor
Rotor two-point earth fault
protection (Optional)
Definite and inverse time
stator
thermal
overload
protection
Definite and inverse time
negative sequence overload
protection of rotor
Loss-of-excitation protection
Out-of-step protection
Two stages phase-to-phase
overvoltage protection
Accidental
energization
protection
Pole disagreement function
Voltage balance function
Voltage
transformer
supervision
Current
transformer
supervision
87G
59N/60
7/67
21G
51V
64G1
27/59TN,
64G2
64R
64R
49S
46/50,
46/51,
49R
40
68/78
59G
50/27
92PD
60
47,60G
50/74
Berikut adalah diagram kerja dari RCS-985
dibandingkan dengan unit CPU dengan setting
yang telah dibuat pada fungsi proteksi.
Untuk mendapat inputtan biner CPU
mengirim sinyal tsb ke Modul Sinyal. Di dalam
Modul Sinyal terdapat Output biner perintah
trip, sinyal output trip dan status input biner.
Semua proses perintah biner terproses di modul
ini. Jika sebuah fungsi proteksi terpilih maka
sinyal dari fungsi tersebut atau perintah trip
dikirim ke unit binary output juga ke unit
Input/Tripping.
Binary input
yang di dapat dari
serangkaian pemrosesan di Modul Sinyal lalu
dikirim ke unit CP dan Modul MON. Di dalam
CPU dan Modul MON sinyal tersebut dapat
diartikan menjadi bermacam-macam fungsi
proteksi misal kombinasi logika ( interlocking
dan blocking ).
(a)
(b)
Modul CPU melakukan fungsi algoritma
proteksi, logika tripping . Modul MON
melakukan fault detector and fault recorder.
Kedua modul tersebut bekerja menggunakan
logika “And”. Apabila fault detector MON
berlogik 1 maka saklar akan menutup, lalu
menghubungkan kutub positif power supply dari
output relay, sumber DC tripping relay pun
disalurkan. Dan disisi lain fungsi gerbang G1
adalah untuk menerima perintah tripping yang
dikirim dari modul CPU apabila perintah
tripping yang dikirim dari modul CPU ke Gate1
berlogik 1, maka transistor akan diaktifkan
(disini transistor berguna sebagai saklar), dan
relay trip akan menutup lalu breaker pun trip.
Gambar 3.2 (a) Prinsip kerja proteksi
(b) Prinsip kerja saklar
Bagian primer sistem CT dan PT
terhubung langsung ke unit transformer input.
Sinyal-sinyal dari variabel input ukur CT dan PT
diturunkan ke level yang sesuai untuk
pemrosesan oleh rangkaian elektronika dan
dikirim via sistem kabel ke unit analog input lalu
merubahnya ke bentuk digital dan mengirim ke
sistem CPU dan MON Modul.
Variabel ukur digital yang didapat dari
bagian primer sistem secara kontinyu
Interface kondisi operasi untuk indikator
gangguan dapat dilihat pada panel RCS-985,
Gambar 3.3 menunjukan tampilan lampu LED
pada panel RCS-985
Bagian bagian panel :
1. LCD.
2. Indikator LED.
3. 9 tombol key yang terdiri dari 4 tombol panah
( ◄ , ► , ▲ dan ▼ ), tombol plus ( + ), tombol
( - ), kunci escape ( ESC ) untuk mensetting
relay.
relay sebagai interlock untuk pengamanpengaman atau breaker pada PLTU Pacitan.
4.2 Saran
Gambar 3.3 Panel RCS-985
Healthy ( Hijau ) menunjukkan bahwa relay
adalah dalam rangka kerja yang benar, dan harus
pada setiap saat. Indikator ini akan padam ketika
beberapa kesalahan internal dalam perangkat
keras atau perangkat lunak telah terdeteksi oleh
self-diagnosing facilities, seperti kesalahan
pengaturan, kegagalan power supply, kegagalan
sirkuit dan sebagainya.
" VT Alarm " ( Yellow ) menunjukkan bahwa
relay telah menemukan kegagalan sirkuit VT
" CT Alarm " ( Yellow ) menunjukkan bahwa
relay telah menemukan kegagalan sirkuit CT
" Alarm " ( Yellow ) menunjukkan bahwa relay
sudah
mengeluarkan
alarm.
( RED ) menunjukkan bahwa relay telah
mengeluarkan
sinyal
pengaktifannya.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Dengan berbasis sebuah mikroprosesor
Motorola MC68332, dalam pengidentifikasian
dan penanganan kegagalan/kesalahan RCS-985
bisa lebih cepat dan tepat.
2. Detektor kesalahan yang dikalkulasi dalam
MON modul dan elemen operasi yang dihitung
dalam CPU modul menggunakan data sampel
yang mereka miliki, sehingga peralatan tidak
akan beroperasi dengan kesalahan karena salah
satu kegagalan data modul.
3. RCS-985 merupakan sistem proteksi yang
terintegrasi yang memiliki sistem peringatan
adanya gangguan berupa nyala lampu LED pada
panelnya. RCS-985 juga dilengkapi lock-out
1. Untuk menghindari masalah-masalah
kerusakan sistem proteksi dan menjaga
keandalan dari fungsi sistem proteksi maka
seharusnya dilakukan pemeliharaan secara
berkala terhadap semua komponen dari sistem
proteksi.
2. Karna menggunakan software dalam
pengoperasiaannya, sebaiknya harus lebih teliti
dan cermat dalam pengoperasiannya. Lalu
pemeriksaan komponen hardware juga harus di
lakukan secara berkala untuk memperoleh
kinerja alat yang maksimal nantinya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Christian Mamesah, Proteksi Sistem Tenaga
Listrik 1, Electrical Department TEDC
Bandung, 1998.
[2] Materi Pelatihan Pemeliharaan Proteksi
Pembangkit
PT
PLN
(PERSERO)
UDIKLAT, Semarang
[3] Modul Pembelajaran Proteksi Sistem Tenaga
Listrik Depdiknas 2003
[4] Materi Pelatihan O&M Relai Proteksi
Jaringan PT PLN Persero P3B
BIODATA
Satrio Wibowo
Dilahirkan di Pemalang
pada tanggal 12 Maret
1993. Riwayat pendidikan:
SD Negeri 3 Banjaran
Pemalang, SMP Negeri 2
Pemalang, SMA Negeri 1
Pemalang, dan sekarang
sedang melanjutkan studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas
Diponegoro, Semarang.
Semarang,
Desember 2013
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Ir. Yuningtyastuti, MT.
NIP. 195209261983032001
Sistem Proteksi Generator Berbasis RCS-985 Pada PLTU Pacitan
Satrio Wibowo (21060110141099), Ir. Yuningtyastuti, MT (195209261983032001)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro,
Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 7460053, 7460055
Fax. (024) 746055
E-mail: Satriotr12@yahoo.com
Abstrak
Kebutuhan listrik dari tahun ke tahun semakin meningkat seiring dengan laju pertumbuhan penduduk.
Maka dibangunlah pembangkit-pembangkit energi listrik sehingga terpenuhi kebutuhan listrik dalam negeri.
Keandalan dan keberlangsungan suatu pembangkit energi listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada
sistem proteksi yang digunakan. Adanya gangguan pada suatu pembangkit dapat mengganggu operasi dari
pembangkit tersebut yang juga dapat membahayakan bagian-bagian penting didalamnya karena dapat
mengakibatkan kerusakan dan meluasnya daerah kerusakan ke bagian-bagian lain. Karena itu diperlukan suatu
sistem proteksi yang dapat melindungi setiap bagian dari pembangkit energi listrik.
PLTG Pacitan menggunakan sistem proteksi berbasis RCS-985. Sistem ini memiliki berbagai fungsi
proteksi yang salah satunya untuk proteksi generator. Terdiri dari bagian-bagian analog input unit, mikroprosesor,
modul proteksi CPU, manajemen / record modul (MON), modul sinyal dll.. RCS-985 terintegrasi dengan semua
perangkat proteksi dan memiliki interface berupa nyala lampu LED dan alarm untuk indikator gangguan. RCS-985
juga memiliki lock-out relay sebagai interlock untuk pengaman-pengaman atau breaker pada PLTU Pacitan.
Kata kunci : Sistem Proteksi Generator, RCS-985
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Listrik sangat berguna baik dalam
pemenuhan kebutuhan rumah tangga ataupun
kebutuhan dunia industri. Kebutuhan listrik dari
tahun ke tahun semakin meningkat seiring
dengan laju pertumbuhan penduduk. Maka
dibangunlah pembangkit-pembangkit energi
listrik sehingga terpenuhi kebutuhan listrik
dalam negeri. Tentu saja pembangkit listrik
mempunyai peran yang sangat besar pada semua
sektor
kehidupan
masyarakat
sehingga
keberadaannya menjadi sangat penting.
Keandalan dan keberlangsungan suatu
sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen
sangat tergantung pada sistem proteksi yang
digunakan. Adanya gangguan pada suatu sistem
pembangkit dapat mengganggu operasi dari
sistem pembangkit tersebut yang dapat
membahayakan
bagian-bagian
penting
didalamnya karena dapat mengakibatkan
kerusakan dan penurunan umur pembangkit.
Karena itu diperlukan suatu sistem proteksi yang
dapat melindungi setiap bagian dari sistem
pembangkit listrik , salah satunya adalah
menggunakan RCS-985
1.2 Maksud dan Tujuan Kerja Praktek
Tujuan Kerja Praktek ini adalah :
1. Mahasiswa melalui kerja praktek ini dapat
menerapkan teori yang didapat di bangku
kuliah.
2. Mahasiswa dapat mengetahui sistem
proteksi pada pembangkit tenaga listrik,
khususnya di PLTU Pacitan.
3. Mahasiswa dapat
mengetahui secara
langsung alat-alat sistem proteksi yang
terdapat di pembangkit PLTU Pacitan.
1.3 Batasan Masalah
Dalam Laporan Kerja Praktek ini, penulis
membatasi masalah hanya pada prinsip kerja
dari sistem proteksi generator RCS-985 pada
PLTU Pacitan.
II. DASAR TEORI
2.1 Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Yang dimaksud dengan sistem proteksi
tenaga listrik adalah sistem pengaman pada
peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem
tenaga listrik, seperti generator, bus bar,
transformator, saluran udara tegangan tinggi,
saluran kabel bawah tanah, dan lain sebagainya
terhadap kondisi abnormal operasi sistem tenaga
listrik tersebut.
2.2 Fungsi dan Persyaratan Kualitas Proteksi
Proteksi itu diperlukan :
1. Untuk
menghindari
ataupun
untuk
mengurangi kerusakan peralatan-peralatan
akibat gangguan (kondisi abnormal operasi
sistem). Semakin cepat reaksi perangkat
proteksi yang digunakan maka akan semakin
sedikitlah pengaruh gangguan kepada
kemungkinan kerusakan alat
2. Untuk cepat melokalisir luas daerah terganggu
menjadi sekecil mungkin
3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik
dengan keandalan yang tinggi kepada
konsumen dan juga mutu listrik yang baik.
4. Untuk mengamankan manusia terhadap
bahaya yang ditimbulkan oleh listrik
mendatang waktu ini hendak dipersingkat
menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay
dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high
speed relaying)
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). Reliabilitas (keandalan)
Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage”
rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi
sebagaimana mestinya (mal operation).
2.3 Perangkat Sistem Proteksi
Yang dimaksud dengan perangkat sistem
proteksi,seperti terlihat pada gambar 2.1 adalah :
Ada beberapa persyaratan yang sangat perlu
diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem
proteksi yang efektif yaitu :
Gambar 2.1 Hubungan antar perangkat proteksi
a). Selektivitas dan Diskrimanasi
Efektivitas 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
Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus
gangguan terus mengalir, semakin besar
kerusakan peralatan. Hal yang paling penting
adalah perlunya membuka bagian-bagian yang
terganggu sebelum generator-generator yang
dihubungkan sinkron kehilangan sinkronisasi
dengan sistem selebihnya. Waktu pembebasan
gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem
tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana
1. Relai.
Sebagai elemen perasa /pengukur untuk
mendeteksi gangguan.
2. PMT/PMB (Pemutus Tenaga/ Pemutus Beban)
Sebagai pemutus arus dalam sirkuit tenaga
untuk melepas bagian sistem yang terganggu.
3. Trafo tegangan dan atau trafo arus.
Mengubah besarnya arus dan atau tegangan
dari sirkuit primer ke sirkuit sekunder (Relai)
4. Battery.
Sebagai sumber tenaga untuk mentripkan PMT
dan catu daya untuk relai statik dan relai bantu.
5. Pengawatan.
Untuk mengubungkan komponen-komponen
proteksi sehingga menjadi satu sistem.
2.4 Gangguan Pada Generator
Macam-macam gangguan pada generator
dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
A. Gangguan listrik (electrical fault)
B. Gangguan mekanis/panas (mechanical or
thermal fault)
C. Gangguan sistem (system fault)
menjadikan masalah. Tetapi apabila sisi lainnya
kemudian terhubung ketanah, sementara sisi
sebelumnya tidak terselesaikan maka akan
terjadi kehilangan arus pada sebagian belitan
yang terhubung singkat melalui tanah.
Akibatnya terjadi ketidakseimbangan fluksi
yang menimbulkan vibrasi yang berlebihan dan
kerusakan fatal pada rotor.
Gangguan Listrik (electrical fault ) .
Jenis gangguan ini adalah gangguan yang
timbul dan terjadi pada bagian-bagian listrik dari
generator. Gangguan-gangguan tersebut antara
lain :
1. Hubung singkat 3 (tiga) fasa.
Terjadinya arus lebih pada stator yang
dimaksud adalah arus lebih yang timbul akibat
terjadinya hubungan singkat tiga fasa (three
phase fault). Gangguan ini akan menimbulkan
loncatan bunga api dengan suhu tinggi yang
akan melelehkan belitan dengan resiko
terjadinya kebakaran jika isolasi tidak terbuat
dari bahan yang anti api ( non flammable)
5.
A.
2. Hubung singkat 2 (dua) fasa.
Gangguan hubung singkat 2 fasa (unbalance
fault) lebih berbahaya dibanding gangguan
hubung singkat tiga fasa (balance fault) karena
disamping akan terjadi kerusakan pada belitan,
akan timbul pula vibrasi pada kumparan stator.
Kerusakan lain yang timbul adalah pada poros
(shaft) dan kopling turbin akibat adanya momen
puntir yang besar.
3. Stator hubung singkat satu fasa ketanah
(stator ground fault)
Kerusakan akibat gangguan 2 fasa atau antara
konduktor
kadang-kadang
masih
dapat
diperbaiki dengan menyambung (taping) atau
mengganti sebagian konduktor tetapi kerusakan
laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan
1 fasa ketanah yang menimbulkan bunga api dan
merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan
serius yang perbaikannya dilakukan secara total.
Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segera
diproteksi.
4. Rotor hubung tanah (field ground).
Pada rotor generator yang belitannya tidak
dihubungkan ketanah (ungrounded system), bila
salah satu sisi terhubung ketanah belum
Kehilangan medan penguat (loss of
excitation).
Hilangnya medan penguat akan membuat
putaran mesin naik dan berfungsi sebagai
generator induksi. Kondisi ini akan berakibat
pemanasan Iebih pada rotor dan pasak (slot
wedges), akibat arus induksi yang bersirkulasi
pada rotor.
Kehilangan
medan
penguat
dapat
dimungkinkan oleh :
a. Jatuhnya (trip) saklar penguat .
b. Hubung Singkat pada belitan penguat.
c. Kerusakan kontak-kontak sikat arang pada sisi
penguat.
d. Kerusakan pada sistem AVR.
6.Tegangan lebih (over voltage).
Tegangan yang berlebihan melampaui batas
maksimum yang diijinkan dapat berakibat
tembusnya (breakdown) desain isolasi yang
akhirnya akan menimbulkan hubungan singkat
antara belitan. Tegangan lebih dapat dimungkinkan oleh mesin putaran lebih (overspeed)
atau kerusakan pada pengatur tegangan otomatis
(AVR).
B Ganguan Mekanis/Panas (mechanical or
thermal fault)
Jenis-jenis gangguan mekanik atau panas
antara lain:
1. Generator
berfungsi
sebagai
motor
(motoring). Motoring adalah peristiwa berubah
fungsinya generator menjadi motor akibat daya
balik (reverse power).
Daya balik terjadi disebabkan oleh turunnya
daya masukan dari penggerak utama (prime
mover). Dampak kerusakan akibat peristiwa
motoring adalah lebih kepada penggerak utama
itu sendiri.
2. Pemanasan lebih setempat.
Pemanasan lebih setempat pada sebagian
stator dapat dimungkinkan oleh :
a. kerusakan laminasi
b. kendornya bagian-bagian tertentu didalam
generator seperti: pasak-pasak stator (stator
wedges), terminal ujung-ujung belitan, dsb.
3. Kesalahan paralel.
Kesalahan dalam memparalel generator
karena syarat-syarat sinkron tidak terpenuhi
dapat mengakibatkan kerusakan pada bagian
poros dan kopling generator dan penggerak
utamanya karena terjadinya momen puntir.
Kemungkinan kerusakan lain yang timbul
kerusakan PMT dan kerusakan pada kumparan
stator akibat adanya kenaikan tegangan sesaat.
C. Gangguan sistem (system fault)
Generator dapat terganggu akibat adanya
gangguan yang datang atau terjadi pada sistem.
Gangguan-gangguan sistem yang umumnya
terjadi antara lain:
1. Frekuensi operasi yang tidak normal
(abnormal frequency operation)
Perubahan frekuensi keluar dari batas-batas
normal di sistem dapat berakibat ketidakstabilan
pada turbingenerator.Perubahan frekuensi sistem
dapat dimungkinkan oleh tripnya unit-unit
pembangkit atau penghantar (transmisi).
4. Arus beban kumparan yang tidak seimbang
(unbalance armature current).
Pembebanan yang tidak seimbang pada
sistem atau adanya gangguan satu fasa dan dua
fasa pada sistem yang menyebabkan beban
generator tidak seimbang dan menimbulkan arus
urutan negatif. Arus urutan negatif yang
melebihi akan menginduksikan arus medan yang
berfrekuensi rangkap dengan arah berlawanan
dengan putaran rotor dan akan menginduksikan
arus pada rotor yang akan menyebabkan adanya
pemanasan lebih dan kerusakan pada bagianbagian konstruksi rotor.
III. SISTEM PROTEKSI
PLTU PACITAN
GENERATOR
Sistem Proteksi pada PLTU Pacitan
mempunyai sub-sub sistem proteksi yaitu sistem
proteksi turbin, sistem proteksi motor dan sistem
proteksi listrik. Sistem proteksi listrik sendiri
melindungi 2 komponen utama yaitu generator
dan transformator. Sistem proteksi pada
generator pembangkit menggunakan sistem
digital dengan nama produk RCS-985.
Berikut diagram blok sistem proteksi generator
turbin gas RCS-985
2. Lepas sinkron (loss of synchron).
Adanya gangguan di sistem akibat perubahan
beban mendadak, switching, hubung singkat dan
peristiwa yang cukup besar akan menimbulkan
ketidakstabilan sistem. Apabila peristiwa
inicukup lama dan melampaui batas-batas
ketidakstabilan generator, generator akan
kehilangan kondisi paralel.
Keadaan ini akan menghasilkan arus puncak
yang tinggi dan penyimpangan frekuensi operasi
keluar dan yang seharusnya sehingga akan
menyebabkan terjadinya stress pada belitan
generator, gaya puntir yang berfluktuasi dan
resonansi yang akan merusak turbin generator.
Pada kondisi ini generator harus dilepas dari
sistem.
3. Pengaman cadangan (back up protection)
Kegagalan fungsi proteksi didepan generator
pada saat terjadi gangguan di sistem akan
Gambar 3.1 Diagram blok sistem proteksi generator
RCS-985
Pada gambar 3.1, terlihat bagian-bagian
dari sistem proteksi generator PLTU Pacitan.
Komponen-komponen dari RCS-985 sendiri
ditandai oleh garis merah.
5.
6.
Analog Input
Bagian ini berfungsi untuk menerima variabelvariabel ukur analog lalu merubahnya ke bentuk
digital untuk diproses lebih lanjut di CPU.
CPU
Semua proteksi yang tersedia dan fungsi-fungsi
logika disimpan sebagai modul library software
didalam CPU
7.
8.
9.
10.
11.
MON Modul
Berfungsi sebagai fault detector and fault
recorder.
Modul Sinyal
Modul sinyal terdiri dari lima modul yang yaitu,
SIG1 , SIG2 , SIG3 dan SIG4 yang berfungsi
memproses Output biner perintah trip, sinyal
output trip dan status input biner.
12.
13.
14.
15.
16.
Modul DC
Power supply terletak di modul DC .
mengkonversi DC 250/220/125/110 V ke DC
yang berbeda tingkat tegangan yang dibutuhkan
oleh berbagai modul peralatan.
Output kontak trip (rly)
Sebagai interlock untuk pengaman-pengaman
atau breaker pada komponen sistem tenaga.
3.1 Fungsi-Fungsi Proteksi Yang Digunakan.
Beberapa fungsi proteksi tersedia pada
software yang secara permanen tersimpan dalam
sistem. Fungsi-fungsi proteksi yang digunakan
pada generator disajikan dalam tabel 4.1
Tabel 3.1 Fungsi-fungsi proteksi pada generator
No. Fungsi Proteksi
Kode
IEEE
1.
Current differential protection
87G
2.
Unrestrained
instantaneous 87UG
differential protection
3.
DPFC current differential 87G
protection
4.
Spilt-phase
transverse 87G
differential protection
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
High sensitive transverse
differential protection
Longitudinal zero sequence
overvoltage protection for
turn-to-turn fault
DPFC directional protection
for turn-to-turn fault
Two stages phase-to-phase
impedance protection
Voltage controlled overcurrent
protection
Terminal
high-current
blocking function
Fundamental zero sequence
overvoltage protection for
stator earth fault
Third harmonic protection for
stator earth fault
Two stages of one-point-earth
fault protection of rotor
Rotor two-point earth fault
protection (Optional)
Definite and inverse time
stator
thermal
overload
protection
Definite and inverse time
negative sequence overload
protection of rotor
Loss-of-excitation protection
Out-of-step protection
Two stages phase-to-phase
overvoltage protection
Accidental
energization
protection
Pole disagreement function
Voltage balance function
Voltage
transformer
supervision
Current
transformer
supervision
87G
59N/60
7/67
21G
51V
64G1
27/59TN,
64G2
64R
64R
49S
46/50,
46/51,
49R
40
68/78
59G
50/27
92PD
60
47,60G
50/74
Berikut adalah diagram kerja dari RCS-985
dibandingkan dengan unit CPU dengan setting
yang telah dibuat pada fungsi proteksi.
Untuk mendapat inputtan biner CPU
mengirim sinyal tsb ke Modul Sinyal. Di dalam
Modul Sinyal terdapat Output biner perintah
trip, sinyal output trip dan status input biner.
Semua proses perintah biner terproses di modul
ini. Jika sebuah fungsi proteksi terpilih maka
sinyal dari fungsi tersebut atau perintah trip
dikirim ke unit binary output juga ke unit
Input/Tripping.
Binary input
yang di dapat dari
serangkaian pemrosesan di Modul Sinyal lalu
dikirim ke unit CP dan Modul MON. Di dalam
CPU dan Modul MON sinyal tersebut dapat
diartikan menjadi bermacam-macam fungsi
proteksi misal kombinasi logika ( interlocking
dan blocking ).
(a)
(b)
Modul CPU melakukan fungsi algoritma
proteksi, logika tripping . Modul MON
melakukan fault detector and fault recorder.
Kedua modul tersebut bekerja menggunakan
logika “And”. Apabila fault detector MON
berlogik 1 maka saklar akan menutup, lalu
menghubungkan kutub positif power supply dari
output relay, sumber DC tripping relay pun
disalurkan. Dan disisi lain fungsi gerbang G1
adalah untuk menerima perintah tripping yang
dikirim dari modul CPU apabila perintah
tripping yang dikirim dari modul CPU ke Gate1
berlogik 1, maka transistor akan diaktifkan
(disini transistor berguna sebagai saklar), dan
relay trip akan menutup lalu breaker pun trip.
Gambar 3.2 (a) Prinsip kerja proteksi
(b) Prinsip kerja saklar
Bagian primer sistem CT dan PT
terhubung langsung ke unit transformer input.
Sinyal-sinyal dari variabel input ukur CT dan PT
diturunkan ke level yang sesuai untuk
pemrosesan oleh rangkaian elektronika dan
dikirim via sistem kabel ke unit analog input lalu
merubahnya ke bentuk digital dan mengirim ke
sistem CPU dan MON Modul.
Variabel ukur digital yang didapat dari
bagian primer sistem secara kontinyu
Interface kondisi operasi untuk indikator
gangguan dapat dilihat pada panel RCS-985,
Gambar 3.3 menunjukan tampilan lampu LED
pada panel RCS-985
Bagian bagian panel :
1. LCD.
2. Indikator LED.
3. 9 tombol key yang terdiri dari 4 tombol panah
( ◄ , ► , ▲ dan ▼ ), tombol plus ( + ), tombol
( - ), kunci escape ( ESC ) untuk mensetting
relay.
relay sebagai interlock untuk pengamanpengaman atau breaker pada PLTU Pacitan.
4.2 Saran
Gambar 3.3 Panel RCS-985
Healthy ( Hijau ) menunjukkan bahwa relay
adalah dalam rangka kerja yang benar, dan harus
pada setiap saat. Indikator ini akan padam ketika
beberapa kesalahan internal dalam perangkat
keras atau perangkat lunak telah terdeteksi oleh
self-diagnosing facilities, seperti kesalahan
pengaturan, kegagalan power supply, kegagalan
sirkuit dan sebagainya.
" VT Alarm " ( Yellow ) menunjukkan bahwa
relay telah menemukan kegagalan sirkuit VT
" CT Alarm " ( Yellow ) menunjukkan bahwa
relay telah menemukan kegagalan sirkuit CT
" Alarm " ( Yellow ) menunjukkan bahwa relay
sudah
mengeluarkan
alarm.
( RED ) menunjukkan bahwa relay telah
mengeluarkan
sinyal
pengaktifannya.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
1. Dengan berbasis sebuah mikroprosesor
Motorola MC68332, dalam pengidentifikasian
dan penanganan kegagalan/kesalahan RCS-985
bisa lebih cepat dan tepat.
2. Detektor kesalahan yang dikalkulasi dalam
MON modul dan elemen operasi yang dihitung
dalam CPU modul menggunakan data sampel
yang mereka miliki, sehingga peralatan tidak
akan beroperasi dengan kesalahan karena salah
satu kegagalan data modul.
3. RCS-985 merupakan sistem proteksi yang
terintegrasi yang memiliki sistem peringatan
adanya gangguan berupa nyala lampu LED pada
panelnya. RCS-985 juga dilengkapi lock-out
1. Untuk menghindari masalah-masalah
kerusakan sistem proteksi dan menjaga
keandalan dari fungsi sistem proteksi maka
seharusnya dilakukan pemeliharaan secara
berkala terhadap semua komponen dari sistem
proteksi.
2. Karna menggunakan software dalam
pengoperasiaannya, sebaiknya harus lebih teliti
dan cermat dalam pengoperasiannya. Lalu
pemeriksaan komponen hardware juga harus di
lakukan secara berkala untuk memperoleh
kinerja alat yang maksimal nantinya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Christian Mamesah, Proteksi Sistem Tenaga
Listrik 1, Electrical Department TEDC
Bandung, 1998.
[2] Materi Pelatihan Pemeliharaan Proteksi
Pembangkit
PT
PLN
(PERSERO)
UDIKLAT, Semarang
[3] Modul Pembelajaran Proteksi Sistem Tenaga
Listrik Depdiknas 2003
[4] Materi Pelatihan O&M Relai Proteksi
Jaringan PT PLN Persero P3B
BIODATA
Satrio Wibowo
Dilahirkan di Pemalang
pada tanggal 12 Maret
1993. Riwayat pendidikan:
SD Negeri 3 Banjaran
Pemalang, SMP Negeri 2
Pemalang, SMA Negeri 1
Pemalang, dan sekarang
sedang melanjutkan studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Universitas
Diponegoro, Semarang.
Semarang,
Desember 2013
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Ir. Yuningtyastuti, MT.
NIP. 195209261983032001