Reverse Power Protection – Part III

Pada bagian ini akan dideskripsikan kinerja relay proteksi untuk fungsi reverse power protection.

 Determinasi Reverse Power

Prinsip dasar relay proteksi dalam mengenali kondisi reverse power adalah dengan mengkalkulasi aliran daya aktif dari sebuah generator. Untuk menghasilkan nilai kalkulasi yang valid, relay proteksi akan menggunakan beberapa metode evaluasi. Metode yang paling umum adalah besaran daya aktif dikalkulasi dari tegangan dan arus urutan positif (salah satu komponen simetri).

Perlu disadari bahwa kalkulasi daya aktif untuk kondisi reverse power butuh kecermatan lebih dikarenakan magnitudonya yang relatif kecil dibanding rating generator. Beberapa relay proteksi memanfaatkan nilai error angle dari trafo instrument (current transformer dan potential transformer) untuk mengatasi masalah tersebut.

 Logic Diagram Reverse Power Protection

Pada gambar 1, ditunjukkan logic diagram reverse power protection yang diaplikasikan pada relay proteksi Siemens Siprotec 7UM6.

 

Gambar 1. Logic Diagram Reverse Power Protection

Pick-up Seal-in Time

Untuk mengindari adanya unintentional trip yang diakibatkan oleh short pick-up, maka relay proteksi menyediakan alamat 3105 T-HOLD sebagai solusi. Jika kondisi reverse power hanya berupa pulsa, maka unintentional trip dapat dihindari.

 

Sinyal Trip

Agar dapat bekerja dengan lebih fleksibel, maka reverse power protection menggunakan modul proteksi 2 tingkat, yaitu short stage dan long stage. Kedua stage memanfaatkan sinyal biner tambahan yang berasal dari Stop Valve (dalam turbin uap, stop valve bekerja untuk memotong steam flow path yang mengarah ke turbin).

 

Modul long stage akan sangat berguna untuk beberapa kondisi, diantaranya:

-       power pick-up saat proses sinkronisasi

-       power swing pada saat gangguan jaringan

-       proses shutdown agar lebih halus

Jika ada gangguan pada sistem boiler atau turbin, maka stop valve akan ditutup. Secara tidak langsung, kondisi ini akan mengaktifkan modul short stage. Jadi, time delay T-SV-CLOSED akan sangat efektif dalam kondisi trip unit.

Untuk tujuan tertentu, fungsi proteksi ini dapat di-non-aktifkan dengam memanfaatkan sinyal block via Binary Input.

Part 2 | Part 4

 

Paiton, 10 Aug 2021 20:17

Reverse Power Protection – Part II

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Turbin Uap

Turbin uap memiliki tendensi untuk mengalami overheating apabila suplai uap terhenti dan kemudian generator yang terkopling dalam satu poros bekerja sebagai motor. Hal ini dikarenakan fungsi uap yang tidak hanya sebagai fluida kerja, namun uap juga berfungsi untuk menjaga agar turbine blading berada pada temperatur yang stabil. Sehingga hilangnya suplai uap tidak hanya menghentikan fungsi turbin sebagai prime mover, namun juga hilangnya ‘cooling system’.

 

Secara lebih detail, kondisi reverse power pada turbin uap akan menjadikan kondisi idling atau windage losses (rugi angin). Dikarenakan windage loss adalah fungsi dari diameter rotor turbin dan panjang blade, maka losses terbesar akan terjadi pada stage terakhir turbin. Windage losses juga berbanding lurus dengan kerapatan uap yang terperangkap; misalkan dalam kondisi hilangnya vacuum pada exhaust steam.

 

Bergantung pada desain dan manufaktur turbin uap, umumnya overheating akan terjadi pada saat turbin dibebani kurang dari 10%. Nilai spesifik dari manufaktur sangatlah penting karena akan digunakan sebagai setting reverse power protection. Pada umumnya, setting reverse power protection adalah -0.5%.

 

Selain pengukuran daya aktif secara langsung untuk mendeteksi reverse power, pada turbin uap terdapat beberapa metode lain untuk mendeteksi kondisi tersebut seperti:

-       pemasangan sensor temperatur pada turbine exhaust.

Namun metode ini tidak seharusnya dijadikan metode proteksi utama karena hasil pengukuran akan bervariasi bergantung pada lokasi sensor sehingga pemilihan lokasi sensor menjadi kritikal.  dipandang perlu karena windage losses terjadi.

 

-       Pengukuran steam flow.

Besarnya steam flow dijaga agar selalu berada di atas level synchronous speed. Jika tidak, maka kondisi reverse power akan terjadi. Metode deteksinya dapat menggunakan differential pressure switch pada HP turbin.

            Metode ini umumnya handal, namun malfunction secara mekanis sangat mungkin terjadi.

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Turbin Hidraulik

Turbin hidraulik (umumnya turbin air) memiliki kemungkinan kehilangan suplai air secara tiba-tiba apabila terdapat sampah yang menyumbat jalur gate ke penstock. Apabila hal tersebut terjadi, maka akan berpotensi timbulnya kavitasi dan rusaknya runner; dan tentu saja terjadinya reverse power.

 

Untuk turbin hidraulik, setting reverse power protection adalah berkisar -0.2 hingga 2.0% dari beban normal.

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Mesin Diesel

Reverse power protection pada mesin diesel dianggap sangat penting karena dua alasan, yaitu:

1. Karena mesin diesel relatif besar, maka gagalnya mesin diesel akan mengakibatkan generator (yang kemudian bekerja sebagai motor) akan menarik daya yang cukup besar dari jaringan; diperkirakan mencapai 15% dari kapasitas.
2. Pada saar reverse power terjadi, terdapat kemungkinan terjadinya ledakan atau kebakaran yang diakibatkan oleh akumulasi bahan bakar yang tidak terbakar (unburned fuel) pada mesin diesel.

 

Urgensi Reverse Power Protection pada Turbin Gas

Pada turbin gas, kondisi reverse power sebetulnya tidak membahayakan generator maupun turbin gas. Akan tetapi, sistem turbin gas, apabila reverse power terjadi; maka aksi motoring akan menarik daya sebesar 10 sampai 50% daya dikarenakan turbin gas menggunakan kompressor yang cukup besar.

 

Hal ini perlu dihindari agar grid tidak dibebani oleh aksi motoring turbin gas.

 

Part 1 | Part 3

 

Paiton, 3 Aug 2021 20:00

Reverse Power Protection – Part I

Deskripsi

Sebagaimana deskripsi awal, generator didefinisikan sebagai mesin elektrik dinamik yang mengkonversi energi mekanik dari mesin penggerak mula (prime mover) menjadi energi listrik melalui media medan magnet. Dengan demikian, pada saat menjadi generator, arah aliran daya berasal dari prime mover, menuju generator dan selanjutnya menuju power grid melalui generator step up transformer.

Jika prime mover kehilangan fluida kerja (misal dalam kasus turbin uap, terjadi boiler trip), maka mesin elektrik dinamik yang semula berfungsi sebagai generator, akan berubah fungsi menjadi motor. Pada kondisi tersebut, aliran daya akan berbalik, yaitu daya akan mengalir dari power grid menuju ke mesin. Secara kasar, generator harus diproteksi agar tidak bekerja sebagai motor dengan menggunakan reverse power protection.

Dengan menggunakan deskripsi di atas, reverse power protection sering pula disebut sebagai anti-motoring protection.

Urgensi

Pada saat aliran daya terbalik, maka generator akan berubah fungsi menjadi motor. Bergantung pada kondisi sistem eksitasi, maka generator akan berubah fungsi menjadi:

- motor sinkron (saat sistem eksitasi tetap bekerja)

- motor induksi (saat sistem eksitasi tidak bekerja)

Saat bekerja sebagai motor sinkron, hal ini dipandang aman. Namun, akan berbahaya apabila mesin bekerja sebagai motor induksi.

Apabila bekerja sebagai motor induksi, maka pada rotor akan mengalir arus induksi yang cukup besar sehingga berpotensi merusak damper winding, wedge, retaining ring dan forging.

Namun, dalam kebanyakan literatur, reverse power protection lebih dikhususkan untuk melindungi prime mover daripada mesin elektrik (generator yang menjadi motor). Hal ini dikarenakan beberapa prime mover sangat sensitif terhadap perubahan arah aliran daya.

Chapter selanjutnya akan membahas pentingnya reverse power protection terhadap prime mover.

Start | Next

Paiton, 10 Feb 2020 20:00

Generator Protection – Part II

Fungsi Proteksi

Pada awalnya, setiap relay proteksi generator didesain berdasar satu fungsi utama atau sering disebut sebagai single functional relay. Namun, dengan semakin populernya numerical relay, maka sebuah relay proteksi dapat melakukan serangkaian jenis proteksi atau disebut multifunction relay. Untuk menghindari malfungsi pada suatu relay, maka konsep back-up protection relay haruslah diaplikasikan.

Penamaan fungsi proteksi, berdasarkan kesepakatan internasional, seringkali diekspresikan dengan penggunaan kode angka. Kode angka tersebut sangatlah populer apabila menggunaka sistem standar IEEE. Berikut adalah beberapa kode angka proteksi elektrik beserta fungsinya:

21         : distance relay

24         : volt per hertz relay

25         : synchronizing atau synchro-check relay

27         : undervoltage relay

32         : directional power relay / reverse power protection

40         : loss of excitation relay

46         : negative sequence / unbalance relay

49         : thermal overload relay

50/51    : instantaneous / time-delay overcurrent relay

59         : overvoltage relay

64         : ground fault relay

78         : out-of-step protection

81         : frequency relay

87         : differential protection relay

Yang perlu menjadi perhatian, semakin besar ukuran mesin, maka tingkat kompleksitasnya juga akan semakin tinggi. Dengan demikian, fitur proteksi yang dipakai juga akan semakin banyak. Selain dari sisi elektrik, auxiliary system untuk generator juga harus dimonitoring dan diproteksi misalkan cooling water, gas cooler, temperatur stator, bearing temperature, vibrasi, gas purity dan semacamnya.

Disamping sistem nomenklatur di atas, ada beberapa referensi yang membagi sistem proteksi generator berdasarkan bagian dari mesin, semisal proteksi stator, proteksi rotor dan auxiliary system.

Pada bagian berikutnya, masing-masing fungsi proteksi akan coba untuk dideskripsikan. Hal tersebut akan mencakup:

- latar belakang dan deskripsi umum

- wiring diagram

- logic diagram

- setting

- contoh kasus, jika ada

Tentu saja, bahasan ini akan mengacu pada relay proteksi Siemens Siprotec 4 – 7UM62.

Part 1 | Next

Paiton, 27 Jan 2020 19:00