Pengamanan Generator
Sebuah generator mengalami tekanan listrik yang diberikan pada isolasi mesin, gaya mekanis yang bekerja pada berbagai bagian mesin, dan kenaikan suhu. Ini adalah faktor-faktor utama yang membuat perlindungan diperlukan untuk generator atau alternator. Bahkan ketika digunakan dengan benar, mesin dalam kondisi kerja sempurnanya tidak hanya mempertahankan kinerja nominal yang ditentukan selama bertahun-tahun, tetapi juga mampu menahan kelebihan beban tertentu secara berulang.
Tindakan pencegahan harus diambil terhadap kelebihan beban dan kondisi abnormal mesin agar dapat beroperasi dengan aman. Meskipun desain, konstruksi, operasi, dan tindakan pencegahan yang efisien telah diterapkan – risiko adanya kesalahan tidak dapat sepenuhnya dihilangkan dari setiap mesin. Perangkat yang digunakan dalam perlindungan generator, memastikan bahwa ketika ada kesalahan, itu akan dihilangkan secepat mungkin.
Sebuah generator listrik dapat mengalami kesalahan internal, eksternal, atau keduanya. Generator biasanya terhubung ke sistem tenaga listrik, oleh karena itu, setiap kesalahan yang terjadi dalam sistem tenaga listrik juga harus segera diatasi dari generator, jika tidak, hal ini dapat menyebabkan kerusakan permanen pada generator.
Jumlah dan variasi kesalahan yang terjadi pada generator sangat banyak. Oleh karena itu, generator atau alternator dilindungi dengan beberapa skema perlindungan. Perlindungan generator bisa berupa tipe diskriminatif dan non-diskriminatif. Harus berhati-hati dalam mengkoordinasikan sistem yang digunakan dan pengaturan yang diadopsi untuk memastikan bahwa skema perlindungan generator yang sensitif, selektif, dan diskriminatif dapat dicapai.
Jenis Perlindungan Generator
Bentuk-bentuk perlindungan yang diterapkan pada generator dapat dikategorikan menjadi dua cara,
Relay pelindung untuk mendeteksi kesalahan yang terjadi di luar generator.
Relay pelindung untuk mendeteksi kesalahan yang terjadi di dalam generator.
Selain relay pelindung yang terkait langsung dengan generator dan transformernya, terdapat juga penangkal petir, perangkat pengaman kecepatan berlebih, alat pengukur aliran minyak, dan alat pengukur suhu untuk bantalan poros, winding stator, winding transformator, dan minyak transformator, dll. Beberapa dari perlindungan ini termasuk tipe non-trip, yaitu hanya menghasilkan alarm saat terjadi anomali.
Namun, skema perlindungan lainnya akhirnya mengoperasikan relay trip utama generator. Perlu dicatat bahwa tidak ada relay pelindung yang dapat mencegah kesalahan, hanya menunjukkan dan meminimalkan durasi kesalahan untuk mencegah kenaikan suhu tinggi pada generator, jika tidak, dapat terjadi kerusakan permanen.
Diharapkan untuk menghindari tekanan berlebihan pada generator, dan untuk itu, biasanya dipasang kapasitor surge atau diverter surge atau keduanya untuk mengurangi efek petir dan lonjakan tegangan lainnya pada mesin. Skema perlindungan yang biasanya diterapkan pada generator dibahas singkat di bawah ini.
Perlindungan terhadap Kegagalan Isolasi
Perlindungan utama yang disediakan pada winding stator terhadap kesalahan antara fase ke fase atau fase ke tanah, adalah perlindungan diferensial longitudinal generator. Skema perlindungan kedua yang paling penting untuk winding stator adalah perlindungan kesalahan antar putaran.
Jenis perlindungan ini dianggap tidak perlu pada hari-hari sebelumnya karena kegagalan isolasi antara titik-titik dalam winding fase yang sama, yang berada dalam slot yang sama, dan antara mana ada perbedaan potensial, sangat cepat berubah menjadi kesalahan tanah, dan kemudian dideteksi oleh perlindungan diferensial stator atau perlindungan kesalahan tanah stator.
Sebuah generator dirancang untuk menghasilkan tegangan relatif tinggi dibandingkan dengan outputnya, dan oleh karena itu mengandung jumlah konduktor yang besar per slot. Dengan meningkatnya ukuran dan tegangan generator, bentuk perlindungan ini menjadi esensial untuk semua unit pembangkit listrik besar.
Perlindungan Kesalahan Tanah Stator
Ketika netral stator di-ground melalui resistor, sebuah transformator arus dipasang di koneksi netral ke tanah. Relay waktu invers digunakan di sirkuit sekunder CT ketika generator terhubung langsung ke bus bar. Jika generator memberikan daya melalui transformator delta star, sebuah relay instan digunakan untuk tujuan yang sama.
Dalam kasus pertama, relay kesalahan tanah harus dikelompokkan dengan relay kesalahan lainnya dalam sistem. Inilah alasan mengapa relay waktu invers digunakan dalam kasus ini. Namun, dalam kasus kedua, loop kesalahan tanah dibatasi hanya pada winding stator dan winding primer transformator, sehingga tidak perlu pengelompokan atau diskriminasi dengan relay kesalahan tanah lainnya dalam sistem. Oleh karena itu, Relay Instan lebih disukai dalam kasus ini.
Perlindungan Kesalahan Tanah Rotor
Satu kesalahan tanah tidak menciptakan masalah besar pada generator, tetapi jika terjadi kesalahan tanah kedua, bagian dari winding medan akan menjadi short-circuit dan menghasilkan medan magnet yang tidak seimbang dalam sistem, dan akibatnya dapat terjadi kerusakan mekanis yang signifikan pada bantalan generator. Ada tiga metode yang tersedia untuk mendeteksi jenis kesalahan pada rotor. Metode-metode tersebut adalah
Metode potensiometer
Metode injeksi AC
Metode injeksi DC
Perlindungan Beban Stator Tidak Seimbang
Ketidakseimbangan dalam beban menghasilkan arus urutan negatif dalam rangkaian stator. Arus urutan negatif ini menghasilkan medan reaksi yang berputar dengan kecepatan dua kali kecepatan sinkron terhadap rotor, sehingga menginduksi arus frekuensi ganda dalam rotor. Arus ini cukup besar dan menyebabkan overheating dalam rangkaian rotor, terutama dalam alternator.
Jika terjadi ketidakseimbangan karena kesalahan dalam winding stator sendiri, itu akan diatasi secara instan oleh perlindungan diferensial yang disediakan pada generator. Jika ketidakseimbangan terjadi karena kesalahan eksternal atau beban tidak seimbang dalam sistem, mungkin tidak terdeteksi atau mungkin berlangsung selama periode waktu yang signifikan tergantung pada koordinasi perlindungan sistem. Kesalahan-kesalahan ini kemudian diatasi dengan memasang relay urutan fase negatif dengan karakteristik yang sesuai dengan kurva tahanan mesin.
Perlindungan terhadap Overheating Stator
Overloading dapat menyebabkan overheating pada winding stator generator. Tidak hanya overloading, kegagalan sistem pendinginan dan kegagalan isolasi laminasi stator juga menyebabkan overheating pada winding stator.
Overheating dideteksi oleh detektor suhu yang tertanam di berbagai titik dalam winding stator. Coil detektor suhu biasanya merupakan elemen resistansi yang membentuk satu lengan dari rangkaian jembatan Wheatstone. Pada generator berdaya kecil biasanya di bawah 30 MW, generator tidak dilengkapi dengan coil suhu tertanam tetapi biasanya dipasang dengan relay thermal dan diatur untuk mengukur arus yang mengalir dalam winding stator.
Penataan ini hanya mendeteksi overheating yang disebabkan oleh overloading dan tidak memberikan perlindungan terhadap overheating karena kegagalan sistem pendinginan atau laminasi stator yang short circuit. Meskipun relay overcurrent, relay urutan fase negatif, dan perangkat untuk memonitor aliran konstan juga digunakan untuk memberikan tingkat tertentu dari perlindungan overload termal.
Perlindungan Tekanan Rendah
Perlindungan ini, biasanya berbentuk regulator yang membandingkan vakum terhadap tekanan atmosfer, biasanya dipasang pada set generator di atas 30 MW. Praktek modern adalah regulator yang mengurangi beban set melalui governor sekunder hingga kondisi vakum normal tercapai. Jika kondisi vakum tidak membaik di bawah 21 inci, katup stop ditutup dan breaker sirkuit utama dipicu.
Perlindungan terhadap Kegagalan Minyak Pelumas
Perlindungan ini tidak dianggap penting karena minyak pelumas biasanya diperoleh dari pompa yang sama dengan minyak governor dan kegagalan minyak governor akan secara otomatis membuat katup stop tertutup.
Perlindungan terhadap Hilangnya Pembakaran Boiler
Dua metode tersedia untuk mendeteksi hilangnya pembakaran boiler. Dalam metode pertama, kontak normally opened (NO) disediakan dengan motor kipas yang mungkin akan memicu generator jika lebih dari dua motor gagal. Metode kedua menggunakan kontak tekanan boiler yang mengurangi beban generator jika tekanan boiler turun di bawah sekitar 90%.
Perlindungan terhadap Kegagalan Prime Mover
Jika prime mover gagal menyediakan energi mekanik ke generator, generator akan terus berputar dalam mode motoring, yang berarti ia mengambil energi listrik dari sistem daripada menyediakannya ke sistem.
Pada turbine uap, uap berfungsi sebagai pendingin yang menjaga suhu blade turbine tetap konstan. Kegagalan pasokan akan mengakibatkan overheating karena gesekan, dengan distorsi blade turbine yang berikutnya.
Kegagalan pasokan uap dapat menyebabkan kerusakan mekanis yang parah selain membebankan beban motoring yang berat pada generator. Relay power balik digunakan untuk tujuan ini. Segera setelah generator mulai berputar dalam mode motoring, relay power balik akan memicu set generator.
Perlindungan Kecepatan Berle
