Proteksi Generator

Sebuah generator mengalami tegangan listrik yang dikenakan pada isolasi mesin, gaya mekanik yang bekerja pada berbagai bagian mesin, dan kenaikan suhu. Ini adalah faktor utama yang membuat perlindungan diperlukan untuk generator atau alternator. Bahkan ketika digunakan dengan benar, mesin dalam kondisi berjalan sempurna tidak hanya mempertahankan kinerja pengenal yang ditentukan selama bertahun-tahun, tetapi juga berulang kali menahan kelebihan beban tertentu.

Tindakan pencegahan harus dilakukan terhadap kelebihan beban dan kondisi mesin yang tidak normal sehingga dapat berfungsi dengan aman. Bahkan memastikan desain, konstruksi, operasi, dan sarana perlindungan preventif yang efisien risiko kesalahan tidak dapat sepenuhnya dihilangkan dari mesin mana pun. Perangkat yang digunakan dalam perlindungan generator, memastikan bahwa ketika terjadi kesalahan, itu dihilangkan secepat mungkin.

Generator listrik dapat mengalami gangguan internal atau eksternal atau keduanya. Generator biasanya terhubung ke sistem tenaga listrik , oleh karena itu setiap kesalahan yang terjadi pada sistem tenaga juga harus dibersihkan dari generator sesegera mungkin jika tidak dapat menyebabkan kerusakan permanen pada generator.

Jumlah dan variasi gangguan yang terjadi pada generator sangat besar. Oleh karena itu genset atau alternator diproteksi dengan beberapa skema proteksi. Proteksi genset bersifat diskriminatif dan non-diskriminatif. Perhatian besar harus diambil dalam mengkoordinasikan sistem yang digunakan dan pengaturan yang diadopsi untuk memastikan bahwa skema perlindungan generator yang sensitif, selektif dan diskriminatif tercapai.

Berbagai bentuk perlindungan yang diterapkan pada generator dapat dikategorikan menjadi dua cara,

1. Relai proteksi untuk mendeteksi gangguan yang terjadi di luar generator.
2. Relai proteksi untuk mendeteksi gangguan yang terjadi di dalam generator.

Selain rele pelindung, yang berhubungan langsung dengan generator dan trafo terkait, ada penangkal petir, pelindung pengaman kecepatan berlebih, alat aliran oli dan alat pengukur suhu untuk bantalan poros, belitan stator, belitan trafo dan oli trafo dll. Beberapa di antaranya pelindung pengaturan adalah tipe non-perjalanan yaitu mereka hanya menghasilkan alarm selama kelainan.

Tetapi skema pelindung lainnya pada akhirnya mengoperasikan master tripping relay dari generator. Ini harus dicatat bahwa tidak ada relai pelindung yang dapat mencegah gangguan, ini hanya menunjukkan dan meminimalkan durasi gangguan untuk mencegah kenaikan suhu tinggi pada generator jika tidak, mungkin ada kerusakan permanen di dalamnya.

Baca juga: Motor Induksi: Pengertian, Prinsip Kerja, & Jenis

Diinginkan untuk menghindari tegangan yang tidak semestinya pada generator, dan untuk itu adalah praktik yang biasa untuk memasang kapasitor surja atau pengalih surja atau keduanya untuk mengurangi efek petir dan surja tegangan lainnya pada mesin. Skema perlindungan yang biasanya diterapkan pada generator dibahas di bawah ini secara singkat.

Perlindungan terhadap Kegagalan Isolasi

Proteksi utama yang diberikan pada belitan stator terhadap gangguan fasa ke fasa atau fasa ke bumi, adalah proteksi diferensial longitudinal generator . Skema proteksi terpenting kedua untuk belitan stator adalah proteksi gangguan antar putaran.

Jenis proteksi ini dianggap tidak perlu pada hari-hari sebelumnya karena kerusakan isolasi antara titik-titik pada belitan fasa yang sama, terdapat dalam slot yang sama, dan di antara mana terdapat perbedaan potensial, sangat cepat berubah menjadi gangguan pembumian, dan kemudian dideteksi oleh baik proteksi diferensial stator atau proteksi gangguan pembumian stator .

Generator dirancang untuk menghasilkan tegangan yang relatif tinggi dibandingkan dengan outputnya dan karena itu mengandung sejumlah besar konduktor per slot. Dengan meningkatnya ukuran dan tegangan generator, bentuk perlindungan ini menjadi penting untuk semua unit pembangkit besar.

Perlindungan Gangguan Stator Earth

Ketika netral stator dibumikan melalui resistor , trafo arus dipasang pada koneksi netral ke pembumian. Relai waktu terbalik digunakan di seluruh CT sekunder ketika generator terhubung langsung ke bus bar. Dalam hal generator memberi daya melalui transformator bintang delta, relai sesaat digunakan untuk tujuan yang sama.

Dalam kasus sebelumnya, relai gangguan bumi harus diratakan dengan relai gangguan lain dalam sistem. Inilah alasan mengapa relai waktu terbalik digunakan dalam kasus ini. Tetapi dalam kasus terakhir, loop gangguan pembumian dibatasi pada belitan stator dan belitan primer transformator, oleh karena itu, tidak perlu gradasi atau diskriminasi dengan relai gangguan pembumian lainnya dalam sistem. Itulah mengapa Relay Instan lebih disukai dalam kasus ini.

Perlindungan Gangguan Rotor Earth

Gangguan pembumian tunggal tidak menimbulkan masalah besar pada generator tetapi jika gangguan pembumian kedua terjadi, bagaimanapun, bagian dari belitan medan akan menjadi hubung singkat dan menghasilkan medan magnet yang tidak seimbang dalam sistem dan akibatnya mungkin ada gangguan mekanis utama. kerusakan pada bantalan generator. Ada tiga metode yang tersedia untuk mendeteksi jenis gangguan pada rotor. Metodenya adalah

• Metode potensiometer
• Metode injeksi AC
• Metode injeksi DC

Perlindungan Pembebanan Stator Tidak Seimbang

Ketidakseimbangan dalam pembebanan menghasilkan arus urutan negatif pada rangkaian stator. Arus urutan negatif ini menghasilkan medan reaksi yang berputar pada dua kali kecepatan sinkron terhadap rotor dan karenanya menginduksi arus frekuensi ganda di rotor. Arus ini cukup besar dan menyebabkan panas berlebih pada rangkaian rotor terutama pada alternator.

Jika terjadi ketidakseimbangan karena gangguan pada belitan stator itu sendiri, hal itu akan segera diatasi dengan proteksi diferensial yang disediakan di generator. Jika ketidakseimbangan terjadi karena kesalahan eksternal atau pembebanan yang tidak seimbang dalam sistem, itu mungkin tetap tidak terdeteksi atau dapat bertahan untuk jangka waktu yang signifikan tergantung pada koordinasi perlindungan sistem. Gangguan ini kemudian diatasi dengan memasang relai urutan fase negatif dengan karakteristik yang sesuai dengan kurva ketahanan mesin.

Perlindungan terhadap Stator Overheating

Overloading dapat menyebabkan panas berlebih pada belitan stator generator. Tidak hanya kelebihan beban, kegagalan sistem pendingin dan kegagalan isolasi laminasi stator juga menyebabkan panas berlebih pada belitan stator.

Panas berlebih dideteksi oleh detektor suhu tertanam di berbagai titik di belitan stator. Kumparan detektor suhu biasanya elemen resistensi yang membentuk satu lengan dari rangkaian jembatan wheatstone . Dalam kasus generator yang lebih kecil biasanya di bawah 30 MW, generator tidak dilengkapi dengan kumparan suhu tertanam tetapi biasanya dilengkapi dengan relai termal dan diatur untuk mengukur arus yang mengalir pada belitan stator.

Pengaturan ini hanya mendeteksi panas berlebih yang disebabkan oleh kelebihan beban dan tidak memberikan perlindungan terhadap panas berlebih karena kegagalan sistem pendingin atau laminasi stator hubung singkat. Meskipun rele arus lebih, rele urutan fase negatif, dan alat untuk memantau aliran konstan juga digunakan untuk memberikan proteksi beban lebih termal pada tingkat tertentu .

Perlindungan Vakum Rendah

Proteksi ini, biasanya berupa regulator yang membandingkan vakum terhadap tekanan atmosfer, biasanya dipasang pada genset di atas 30 MW. Praktek modern adalah untuk regulator untuk membongkar set melalui gubernur sekunder sampai kondisi vakum normal dipulihkan. Jika kondisi vakum tidak membaik di bawah 21 inci, katup penghenti ditutup dan pemutus sirkuit utama tersandung.

Perlindungan terhadap Kegagalan Minyak Pelumas

Perlindungan ini tidak dianggap penting karena minyak pelumas biasanya diperoleh dari pompa yang sama dengan minyak gubernur dan kegagalan minyak gubernur secara otomatis akan membuat katup berhenti menutup.

Perlindungan terhadap Kehilangan Penembakan Boiler

Dua metode tersedia untuk mendeteksi hilangnya pembakaran boiler. Pada metode pertama, kontak yang biasanya dibuka (NO) disediakan dengan motor kipas yang dapat membuat generator trip jika lebih dari dua motor gagal. Metode kedua menggunakan kontak tekanan boiler yang membongkar generator jika tekanan boiler turun di bawah sekitar 90%.

Perlindungan terhadap Kegagalan Penggerak Utama

Jika penggerak utama gagal mensuplai energi mekanik ke generator, generator akan terus berputar dalam mode motoring yang berarti mengambil energi listrik dari sistem alih-alih memasoknya ke sistem.

Dalam turbin uap, uap bertindak sebagai pendingin yang menjaga bilah turbin pada suhu konstan. Kegagalan pasokan karena itu akan mengakibatkan panas berlebih karena gesekan, dengan distorsi berikutnya dari bilah turbin.

Kegagalan pasokan uap dapat menyebabkan kerusakan mekanis yang parah selain membebani beban motor yang berat pada generator. Relai daya terbalik digunakan untuk tujuan ini. Segera setelah generator mulai berputar dalam mode motoring, relai daya terbalik akan membuat genset trip.

Baca juga: Apa itu Listrik? Bagaimana Listrik Dihasilkan dan Digunakan

Perlindungan Kecepatan Lebih

Meskipun merupakan praktik umum untuk menyediakan perangkat mekanis dengan kecepatan lebih pada turbin uap dan hidro, yang beroperasi langsung pada katup throttle uap atau katup langkah utama, tidak biasa untuk mencadangkan perangkat ini dengan relai kecepatan lebih pada perangkat yang digerakkan oleh uap.

Namun, ini dianggap sebagai praktik yang baik pada unit pembangkit listrik tenaga air, karena respons dari governor relatif lambat dan set lebih rentan terhadap kecepatan berlebih. Relai bila dipasang biasanya disuplai dari generator magnet permanen yang digunakan untuk mengontrol governor.

Perlindungan terhadap Distorsi Rotor

Laju pendinginan setelah shutdown, di bagian atas dan bawah casing turbin, berbeda dan distribusi suhu yang tidak merata ini cenderung menyebabkan kerusakan pada rotor. Untuk meminimalkan gangguan, biasanya digunakan untuk memutar rotor dengan kecepatan rendah selama periode pendinginan. Mengingat gaya yang terlibat dengan rotor modern yang besar, sekarang praktik standar untuk memasang detektor eksentrisitas poros.

Perlindungan terhadap Perbedaan Ekspansi antara bagian Rotating dan Stasioner

Selama periode berjalan, laju pemanasan rotor berbeda dari casing, karena perbedaan massa. Akibatnya, rotor mengembang pada kecepatan yang berbeda dengan casing dan perlu untuk mengatasi ekspansi yang tidak merata ini.

Untuk tujuan ini, proposisi dibuat pada mesin yang lebih besar untuk pasokan uap independen yang akan diatur ke sambungan tertentu pada casing. Oleh karena itu diinginkan untuk menyediakan suatu alat untuk mengukur pemuaian aksial untuk membantu operator mengumpankan uap ke titik-titik yang benar dan juga untuk memberikan indikasi pemuaian yang berbahaya.

Detektor ekspansi aksial poros pada dasarnya mirip dengan peralatan yang dijelaskan untuk peralatan distorsi rotor, kecuali bahwa magnet detektor dipasang pada selubung turbin.

Perlindungan terhadap Getaran

Detektor getaran biasanya dipasang pada alas bantalan. Detektor terdiri dari sebuah kumparan yang dipasang pada pegas di antara magnet permanen berbentuk U. Output tegangan dari koil, yang sebanding dengan derajat getaran, dilewatkan dari koil ke sirkuit integrasi dan kemudian ke instrumen penunjuk interval.

Cadangan Proteksi Generator

Perlindungan cadangan harus selalu diberikan pada mesin dengan rating tinggi seperti generator sinkron atau alternator. Jika gangguan yang terjadi belum diatasi dengan skema proteksi yang sesuai maka rele proteksi cadangan harus dioperasikan untuk mengatasi gangguan tersebut. Relay arus lebih umumnya digunakan untuk tujuan ini.

Karena reaktansi sinkron mesin modern sering kali lebih besar dari seratus persen, arus gangguan berkelanjutan yang diumpankan dari mesin ke gangguan eksternal selalu di bawah arus beban penuh normal. Relai IDMT normal tidak akan terbukti memuaskan karena pengaturan arusnya harus mendekati beban penuh dan waktu duduknya pendek jika operasi ingin diperoleh, yang mengakibatkan kemungkinan kurangnya diskriminasi dengan relai arus lebih lainnya dalam sistem.

Lebih lanjut, relai arus lebih kemungkinan besar akan beroperasi karena kehilangan medan pada mesin, memutuskannya sebelum waktunya. Untuk mengatasi masalah ini sudah menjadi kebiasaan untuk menerapkan rele arus lebih dalam kombinasi dengan rele tegangan rendah, rele terakhir mengontrol pengaturan gangguan dari rele sebelumnya.