Perlindungan Diferensial dari Generator

Perlindungan Diferensial Generator

Perlindungan diferensial untuk generator terutama melindungi gulungan stator dari gangguan ke bumi dan gangguan antar fase. Gangguan pada gulungan stator merupakan ancaman yang signifikan, mampu menyebabkan kerusakan serius pada generator. Untuk melindungi gulungan stator, sistem perlindungan diferensial digunakan untuk menghilangkan gangguan dalam waktu secepat mungkin, sehingga meminimalkan tingkat kerusakan.

Sistem Arus Sirkulasi Merz-Prize

Dalam skema perlindungan ini, arus di kedua ujung bagian yang dilindungi dibandingkan. Selama operasi normal, besarnya arus di sekunder trafo arus adalah sama. Namun, ketika terjadi gangguan, arus pendek mengalir melalui sistem, menyebabkan besarnya arus berbeda. Perbedaan arus ini dalam kondisi gangguan dialirkan melalui kumparan operasional relai.

Setelah arus melebihi ambang batas yang ditetapkan, relai menutup kontaknya, memicu pemutus sirkuit untuk beroperasi. Tindakan ini mengisolasi bagian yang bermasalah dari sisa sistem. Mekanisme perlindungan seperti ini dikenal sebagai sistem arus sirkulasi Merz-Prize, yang sangat efektif dalam mendeteksi dan merespons gangguan ke bumi dan antar fase.

Koneksi Sistem Perlindungan Diferensial

Sistem perlindungan diferensial memerlukan dua trafo arus identik, yang dipasang di kedua sisi zona yang dilindungi. Terminal sekunder trafo arus ini dihubungkan dalam konfigurasi bintang, dan terminal akhir mereka dihubungkan melalui kabel pilot. Sementara itu, kumparan relai dihubungkan dalam konfigurasi delta. Titik netral trafo arus dan relai kemudian dihubungkan ke terminal umum. Penyusunan kawat khusus ini memastikan deteksi akurat ketidakseimbangan arus dan memungkinkan isolasi cepat gangguan.

Relai dihubungkan di titik potensial setara tiga kabel pilot untuk memastikan setiap trafo arus menanggung beban yang sama. Karena titik tengah setiap kabel pilot mewakili titik potensial setaranya, relai ditempatkan secara strategis di titik tengah kabel-kabel ini.

Untuk sistem perlindungan diferensial berfungsi optimal, penting untuk menempatkan kumparan relai dekat dengan trafo arus di dekat rangkaian utama. Ini dapat dicapai dengan menyisipkan resistor penyeimbang secara seri dengan kabel pilot, secara efektif menggeser titik potensial setara lebih dekat ke pemutus sirkuit utama.

Prinsip Kerja Sistem Perlindungan Diferensial

Misalkan terjadi kegagalan isolasi pada fase R jaringan, memicu gangguan. Akibatnya, arus di sekunder trafo arus menjadi tidak seimbang. Ketidakseimbangan ini menghasilkan arus diferensial yang mengalir melalui kumparan relai. Sebagai hasilnya, relai aktif dan mengeluarkan perintah pemutusan ke pemutus sirkuit, mengisolasi bagian yang bermasalah dari sisa sistem.

Namun, sistem perlindungan ini memiliki keterbatasan yang signifikan: sangat sensitif terhadap arus inrush magnetisasi trafo. Arus inrush dapat menyebabkan relai beroperasi salah. Untuk mengatasi masalah ini, digunakan relai diferensial bias. Jenis relai ini memungkinkan sejumlah tertentu arus tidak seimbang melewati kumparannya tanpa memicu operasi yang tidak perlu.

Untuk lebih mengurangi dampak arus inrush magnetisasi, kumparan pembatas dimasukkan ke dalam desain. Kumparan pembatas secara efektif mengurangi pengaruh arus inrush, membuat relai kebal terhadap tripping palsu yang disebabkan oleh arus inrush magnetisasi. Relai yang dilengkapi dengan konfigurasi seperti ini dikenal sebagai relai diferensial bias.

Skenario Gangguan dan Operasi Relai

Ketika terjadi gangguan antara dua fase, misalnya antara fase Y dan B, arus pendek akan mengalir melalui kedua fase tersebut. Gangguan ini mengganggu keseimbangan arus yang mengalir melalui trafo arus (CTs). Akibatnya, arus diferensial melewati kumparan operasional relai, menyebabkan relai trip dan membuka kontaknya, sehingga mengisolasi bagian yang bermasalah dari sistem listrik.

Masalah dengan Sistem Perlindungan Diferensial

Dalam sistem perlindungan diferensial, kawat resistansi netral biasanya digunakan untuk mengurangi efek buruk arus gangguan ke bumi. Namun, ketika terjadi gangguan ke bumi dekat titik netral, gaya elektromotif (emf) kecil menghasilkan arus pendek yang relatif kecil yang mengalir melalui netral. Resistansi grounding netral lebih lanjut mengurangi arus ini. Akibatnya, hanya arus minimal yang mencapai relai. Karena arus kecil ini tidak cukup untuk mengaktifkan kumparan relai, gangguan mungkin tidak terdeteksi, yang dapat menyebabkan kerusakan pada generator.

Skema Sistem Perlindungan Diferensial yang Dimodifikasi

Untuk mengatasi masalah di atas, telah dikembangkan skema sistem perlindungan diferensial yang ditingkatkan. Skema yang dimodifikasi ini mencakup dua elemen yang berbeda: satu dirancang untuk melindungi terhadap gangguan fase dan yang lainnya untuk melindungi terhadap gangguan ke bumi.

Elemen perlindungan fase dihubungkan dalam konfigurasi bintang bersama dengan resistor. Sementara itu, relai gangguan ke bumi ditempatkan antara elemen fase yang dihubungkan bintang dan titik netral. Secara khusus, dua elemen gangguan fase, bersama dengan resistor penyeimbang, dihubungkan dalam pola bintang, dan relai gangguan ke bumi kemudian dihubungkan antara koneksi bintang dan kabel pilot netral. Konfigurasi ini meningkatkan kemampuan sistem untuk mendeteksi dan merespons dengan akurat baik gangguan fase maupun ke bumi, meningkatkan keandalan keseluruhan sistem perlindungan diferensial.

Rangkaian yang dihubungkan bintang menunjukkan simetri, memastikan bahwa arus overflown yang seimbang dari titik sirkulasi arus tidak akan melewati relai gangguan ke bumi. Sebagai hasilnya, dalam sistem ini, relai gangguan ke bumi yang sensitif dapat beroperasi dengan tingkat stabilitas yang tinggi, mendeteksi gangguan ke bumi secara andal tanpa dipicu oleh fluktuasi arus seimbang normal.