Referensi Mengenai Studi Sistim Daya Tenaga Listrik

Referensi Mengenai Studi Sistim Daya Tenaga Listrik - Berikut ada beberapa referensi yang dapat digunakan dalam mempelajari dan analisa Sistim Daya Tenaga Lsitrik,  , sbb :

Referensi untuk Breaker Ratings dan ANSI SC Calculation Method
  1. IEEE Std C37.010-1999, IEEE Application Guide for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis 

Referensi untuk  Studi Koordinasi Relay
  1. IEEE Std C37.91-2000, IEEE Guide for Protective Relay Applications to Power Transformers
  2. IEEE Std C37.95-2002, IEEE Guide for Protective Relaying of Utility-Customer Interconnections
  3. IEEE Std C37.96-2000, IEEE Guide for AC Motor Protection
  4. IEEE Std C37.91-2000, IEEE Guide for Protective Relay Applications to Power System Buses
  5. IEEE Std C37.99-2000, IEEE Guide for the Protection of Shunt Capacitor Banks
  6. IEEE Std C37.101-1983, IEEE Guide for Generator Ground Protection
  7. IEEE Std C37.102-1995, IEEE Guide for AC Generator Protection
  8. IEEE Std C37.108-2002, IEEE Guide for the Protection of Network Transformers
  9. IEEE Std C37.109-1988, IEEE Guide for the Protection of Shunt Reactors
  10. IEEE Std C37.110-1996, IEEE Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes
  11. IEEE Std C37.112-1996, IEEE Standard Inverse-Time Characteristic Equations for Overcurrent Relays
  12. IEEE Std C37.113-1999, IEEE Guide for Protective Relay Applications to Transmission Lines
  13. IEEE Std C57.12.59-2001, IEEE Guide for Dry-Type Transformer Through-Fault Current Duration
  14. IEEE Std C57.109-1993, IEEE Guide for Liquid-Immersed Transformer Through-Fault Current Duration
  15. IEEE Std 620-1996, IEEE Guide for the Presentation of Thermal Limit Curves for Squirrel Cage Induction Machines
Referensi untuk Pemilihan Peralatan :
  1. UL 67 – January 12, 2000, Panelboards
  2. UL 489 – March 22, 2000, Molded-Case Circuit Breakers, Molded-Case Switches, and Circuit Breaker Enclosures
  3. UL 845 – May 17, 2000, Motor Control Centers
  4. UL 891 – December 23, 1998, Dead-Front Switchboards
  5. UL 1066 – May 30, 1997, Low-Voltage AC and DC Power Circuit Breakers used in Enclosures
  6. UL 1558 – February 25, 1999, Metal-Enclosed Low-Voltage Power Circuit Breaker Switchgear
  7. IEEE Std 1015-1993, IEEE Recommended Practice for Applying Low-Voltage Circuit Breakers Used in Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Blue Book)
Referensi untuk Studi Arc-Flash
  1. IEEE Std 1584-2002, IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations
  2. NFPA 70E, Standard for Electrical Safety in the Workplace, National Fire Protection Association, Quincy, Massachusetts, 2004
Referensi untuk Basic Engineering
  1. IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants (IEEE Red Book)
  2. IEEE Std 242-2001, IEEE Recommended Practice for Protection and Coordination of Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Buff Book)
  3. IEEE Std 399-1997, IEEE Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis (IEEE Brown Book)
  4. NFPA 70, National Electrical Code, National Fire Protection Association, Quincy, Massachusetts, 2005
  5. Electrical Transmission and Distribution Reference Book, ABB Power T&D Company, Inc., Raleigh, North Carolina, 1997
  6. Protective Relaying Theory and Applications, Marcel Dekker, Inc., New York, 2004
  7. Anderson, P.M., Analysis of Faulted Power Systems, IEEE Press, 1995
  8. St. Pierre, C., A Practical Guide to Short-Circuit Calculations, Electric Power Consultants, LLC, Schenectady, New York, 2001

Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih)

Standar IDMT untuk Relay Overcurrent (Arus lebih) - IDMT (Inverse Definite Mimimum Time) merupakan  tipe karakteristik kurva  proteksi yang digunakan dalam menentukan parameter proteksi. Kata Inverse berarti semakin tinggi arus gangguan yang terdeteksi melewati suatu sistim yang diproteksi , maka semakin cepat waktu dari relay proteksi tersebut untuk memerintahkan agar Circuit Breaker bekerja untuk memutuskan (trip) sistim. 

Nilai Arus dan waktu trip pada relay proteksi sangat bervariasi, sesuai dengan karakteristik beban dan jaringan yang akan dilindungi sehingga terjadinya gangguan pada salah satu titik pada sebuah jaringan tenaga listrik tidak akan menyebabkan gangguan secara total.

Berdasarkan IEC 60255, standar untuk kurva IDMT ditetapkan sebagai berikut :
- Standard Invers (SI)
- Very Inverse (VI)
- Extremelly Inverse (EI)
- Defenite Time (DT)

Bagaimana karakteristik SI,VI dan EI bekerja, dapat dilihat pada tabel berikut ini :


Keterangan :

Ir = I / Is

Dimana :
I = Arus yang terukur, arus yagn mengalir pada jaringan 
Is = Arus settingan (Parameter Arus yang ditetapkan pada parameter Proteksi kurva Inverse)
TMS = Time Multiplier Setting (Parameter Waktu yang ditetapkan pada parameter Proteksi kurva Inverse).

Dari penjelasan diatas, SI, VI dan EI adalah karakteristik kurva proteksi untuk Inverse, lantas bagaimana dengan DT ? Setelah itu apa yang dimaksud dengan Long Time Standby Earth Fault pada tabel diatas.

Artikel berikutnya, saya akan coba jelaskan astu persatu terkait hal diatas, beserta contoh penerapan dari kurva Inverse tersebut. 

Salam......

Pengaruh Inrush Current pada Proteksi Transformer

Pengaruh Inrush  Current pada Proteksi Transformator - Transformator merupakan komponen utama dalam transfer energi listrik pada sebuah Sistim Kelistrikan, sehingga dibutuhkan pengaturan proteksi yang stabil , handal untuk menjaga kelancaran operasional pada suatu sistim.

Seringkali dialami bekerjanya fungsi proteksi transformator yang tidak sesuai  dengan yang direncanakan (mal-trip) sehingga menggangu operasional sistim kelistrikan secara keseluruhan. Salah satu penyebabnya adalah efect dari Inrush Current. Pada postingan kali ini, kita akan coba bahas pengaruh Inrush Current terhadap Proteksi Transfomator.

Apa itu Inrush Current ?
Sebagaima kita ketahui, kejadian Inrush Current merupakan fenomena arus yang biasa timbul pada sebuah peralatan listrik, dalam hal ini yang kita bahas adalah transformator.  Ketika sebuah transformator di beri tegangan (energized) pada kondisi tanpa beban (no-load), arus dengan jumlah yang sangat besar yang nilainya bisa mencapai 3 - 60 kali dari rating arus transformator akan mengalir ketika sebuah transformator tersebut di on kan, sehingga dapat mengaktifkan (trigger) Proteksi untuk meng-off-kan (trip) tranformator.

Aktifnya proteksi untuk meng-off-kan transformator tersebut merupakan sebuuah "Mal-Trip" karena bukanlah trip yang kita inginkan ketika kita melakukan penyetingan parameter proteksi untuk keamanan operasional transformator tersebut.

Dikarenakan arus yang sangat besar dengan durasi terntu mengalir pada saat transformator tersebut di-energized, maka setting proteksi yang telah kita tetapkan sebelumnya akan bereaksi dengan mengeditenfikasi arus yang sangat besar tersebut sebagai suatu arus gangguan.

Umumnya proteksi yang aktif ketika terjadinya inrush current adalah Proteksi untuk Over Current (arus lebih) dan Proteksi untuk Differensial Transformator.

Kenapa Inrush Current timbul ?
Pada kondisi normal, ketika tansfomator di-energized, arus eksitasi akan mengalir dengan nilai lebih kurang 5% dari rating arus transformator. Namun besarnya arus eksitasi tidak selalu 5%, karena dipengaruhi beberapa kondisi tertentu yang menyebabkan arus eksitasi tersebut bisa naik menjadi 3 - 60 kali dari rating transformator itu sendiri. Hal in dikarenakan ketika arus eksitasi mengalir, tranformator bekerja pada wilayah saturasi sehingga menyebabkan arus eksitasi tersebut menjadi besar dengan durasi waktu yang cukup panjang untuk mengaktifkan proteksi transformator. Hal inilah yang kita maksud dengan Inrush Current

Besarnya arus eksitasi dan lamanya arus tersebut dipengaruhi oleh faktor - faktor sebagai berikut :
1. Sudut arus input ketika switching transfomator itu dilakukan.
2. Besar kecilnya residual flux yang ada pada inti transformator
3. Karakteristik saturasi inti transformator
4. Impedansi Transformator.

Kombinasi keempat faktor diatas akan menimbulkan Inrush Current, yang dapat menyebabkan terjadinya "Mal-Trip"








Menghitung Persen Impedansi Sebuah Transformator

Persentase Impedansi (Z%) - Biasanya Persentase Impedansi pada sebuah trafo diinformasikan pada nameplate trafo tersebut - tapi apa sebenarnya Persentase Impedansi (Z%) dan angka yang menyatakan nilai besarnya  Z% berarti apa ?

Dari definisinya Persentase impedansi (Z%) sebuah transformator adalah menyatakan penurunan tegangan (volt) sebuah transformator pada saat beban penuh dikarenakan besar atau kecilnya tahanan belitan (resistance winding) yang membentuk trafo itu sendiri serta juga oleh kebocoran reaktansi dan nilai percentase impedansi ini dinyatakan sebagai persentase terhadap tegangan.

Persentase impedansi (Z%) juga merupakan persentase dari tegangan terminal yang terjadi terhadap tegangan nominal yang dibutuhkan untuk mengedarkan arus beban penuh dalam kondisi hubungan singkat (Short circuit).

Cara Mengukur Percentase Impedansi (Z%)
Percentase Impedansi (Z%) diukur dengan menggunakan tes hubungan singkat (Short ciruit) pada sebuah trafo. Dengan salah satu sisi trafo di hubung singkatkan, tegangan pada frekuensi pengenal diterapkan ke sisi yang lain seperti gambar di bawah:

Persentase impedansi kemudian dapat dihitung sebagai berikut:

Z% = (Impedansi Tegangan/Nilai Tegangan) x 100


Pengaruh Tinggi dan Rendah impedansi
Impedansi transformator memiliki pengaruh besar pada tingkatan gangguan pada sistem. Hal ini menentukan nilai maksimum arus yang akan mengalir di bawah kondisi gangguan.

Sebagai contoh, untuk menghitung arus maksimum yang dapat timbul pada sebuah transformator ketika terjadi gangguan simetris. Sebagai contoh, ketika sebuah transformator dengan kapasitas 2 MVA memiliki nilai persentase impedansi sebesar 5%. Maka tingkat kesalahan maksimum yang dapat terjadi pada sisi sekunder adalah:

                    2 MVA x 100/5 = 40 MVA

dan dari angka diatas, arus kesalahan pada sisi primer dan sisi sekunder dapat dihitung.

Dari contoh diatas, dapat disimpulkan Ssbuah transformator dengan impedansi rendah akan menyebabkan tingkat kesalahan yang lebih tinggi (dan sebaliknya)

Angka yang diperoleh diatas adalah angka maksimal yang dapat timbul ketika gangguan terjadi pada sebuah transformator.adalah maksimal. Dalam prakteknya, tingkat gangguan yang sebenarnya akan berkurang karena faktor faktor tertentu, seperti impedansi sumber, impedansi dari kabel dan saluran udara antara trafo dan kesalahan, dan lain lain.


Proteksi Arus Motor - Overcurrents

Overcurrents (Arus Lebih) - Overcurrent (Arus Lebih) merupakan arus yang mengalir pada suatu rangkaian melebihi dari arus normal ketika beban penuh yang mengalir pada rangkaian motor tersebut. Overcurrent itu sendiri dapat terjadi dikarenakan overload (kelebihan beban) maupun short circuit (hubungan singkat) yang terjadi pada rangkaian. Pada rangkaian listrik untuk sebuah motor, over current (arus lebih) yang timbul merupakan arus yang yang mengalir kepada rangkaian  yang besarnya melebihi arus normal motor tersebut ketika motor dibebani penuh atau lebih dikenal dengan Full Load Amps (FLA).

Arus short-circuit (Arus hubung singkat) merupakan arus overcurrent (arus lebih) yang sangat besar melebihi arus normal beban penuh yang mengalir pada sebuah rangkaian motor.  Arus ini akan mencari jalan terpendek disekitar jalur distribusi maupun disekitar beban untuk kembali kesumber. Baik arus overload maupun short circuit dapat menyebabkan kerusakan pada motor.

Gangguan phasa, kelebihan beban, kondisi locked rotor merupakan beberapa kejadian yang dapat dicegah melalui alat proteksi (protective devices). Apabila sebuah motor dibiarkan beroperasi tanpa perlindungan, ada kemungkinan motor akan beroperasi terus menerus pada kondisi abnormal. Beroperasinya motor pada kondisi abnormal akan menyebabkan arus yang mengalir kemotor tesebut cukup besar dan dapat merusak motor itu sendiri, seperti overheating ataupun kerusakan bahan isolasinya. Setting proteksi yang tepat yang diterapkan pada sebuah motor dapat memperpanjang umur pakai sebuah motor. Karakteristik dari sebuah motor sangat menentukan ketepatan settingan proteksi yang akan diterapkan pada motor tersebut.

Motor Starting Currents (Arus Start Motor)
Ketika motor AC dioperasikan, akan muncul arus inrush current yang sangat besar pada setengah siklus pertama gelombang. yang nilainya bisa 20 kali dari arus normal motor ketika dibebani penuh. Setelah setengah siklus pertama tersebut, motor akan mulai berputar dan arus listrik akan turun menjadi 4 sampai 8 kali dari arus normal selama beberapa detik. Setelah motor mencapai putaran normalnya, arus tersebut akan turun mencapai arus normalnya. Karakteristik starting sebuah motor dapat dilihat seperti pada kurva berikut ini :
Disebabkan arus inrush, motor harus lah  membutuhkan alat proteksi khusus yang dapat tahan terhadap arus lebih dikarenakan arus starting yang bersifat temporer.

Unbalance Current Pada Motor AC 3 Phasa


Unbalance Current Pada Motor AC 3 Phasa - Ketika sebuah motor listrik AC 3 phasa yang sedang dioperasikan terdeteksi memiliki unbalance current (arus tidak seimbang), akan timbul pertanyaan apa yang menyebabkan timbulnya unbalance current (arus tudak seimbang) pada motor tersebut serta seberapa besar unbalance current tersebut yang masih dibolehkan untuk dioperasikan tanpa merusak motor tersebut.

Pada kebanyakan kasus, penyebab timbulnya unbalance current (arus tidak seimbang) pada motor adalah terjadinya unbalance phase voltage (tidak seimbangnya tegangan antar phasa). Selai itu bisa juga disebabkan karena perbedaan jumlah belitan masing-masing phasa pada stator motor ataupun karena tidak meratanya perbedaan gap antara stator dengan rotor.

Unbalance Phase Voltage (Tegangan antar phasa tidak seimbang)
Unbalance Voltage (Tegangan Tak Seimbang) pada sistim kelistrikan umumya disebabkan karena tidak seimbangnya pembebanan pada masing-masing phasa RST sehingga mengakibatkan gangguan operasional pada sebuah motor dan juga bisa menimbulkan penurunan kemampuan/performa (derating) sebuah motor.

Dengan mengukur besaran tegangan masing-masing phasa akan dapat diketahui dengan mudah seimbang atau tidaknya tegangan suplay yang digunakan. Hanya dengan nilai unbalance voltage sebesar 1% akan dapat menimbulkan unbalance current lebih dari 5%.

Untuk mendapatkan besaran nilai unbalance voltage, dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
%Voltage Unbalance = 100 x Max. Voltage Deviasi terhadap Average Voltage /Average Voltage
Contoh :
Dari hasil pengukuran didapat tegangan masing-masing phasa RST adalah 400V, 418V dan 409 V.
Average Voltage = (400 + 418 + 409) / 3 = 409 V
Voltage Deviasi : 418 - 409 = 9 V
%Voltage Unbalance = 100 x 9/409
%Voltage Unbalance = 2,2%

Sebuah motor masih dapat dioperasikan sesuai rating-nya apabila unbalance voltage pada suplay listriknya tidak lebih dari 1%.
Untuk best practice, pengaruh unbalance voltage terhadap derating sebuah motor adalah sebagai berikut :

Voltage Unbalace
Faktor Derating kW Motor

1%
1

2%
0,951

3%
0.9

4%
0,84

5%
0,76

Pengenalan Fungsi dan Operasional Relay Reverse Power

Fungsi dan operasional Relay Reverse Power - Sebuah relay reverse power merupakan relay untuk mendeteksi arah aliran daya yang biasanya digunakan untuk memonitor daya dari sebuah generator yang beroperasi secara paralel dengan generator yang lain atau paralel dengan jaringan utama (grid). Fungsi dari relay ini adalah untuk mencegah kondisi berbaliknya arah aliran daya sehingga mengalir dari bus (saluran utama) menuju kegenerator tersebut. Kondisi ini muncul karena terjadinya gangguan pada penggerak utama (prime mover seperti : turbin atau engine) dari salah satu generator yang bekerja paralel. 

Penyebab terjadinya Reverse Power
Kegagalan pada prime mover (penggerak utama) untuk sebuah pembangkit bisa saja disebabkan kurangnya bahan bakar untuk engine pembangkit tersebut, masalah pada pengaturan kecepatan engine atau breakdown pada engine itu sendiri. Ketika penggerak utama (prime mover) pada sebuah pembangkit yang bekerja paralel mengalami kegagalan, maka dapat timbul kondisi yang dikenal sebagai kondisi motoring. Yaitu kondisi dimana sebuah generator menyerap daya dari saluran utama (bus) dan beroperasi sebagai layaknya sebuah motor yang menggerakkan primemover (penggerak utama atau turbin). Sehingga jika sebelumnya primemover menggerakkan generator, maka pada kondisi ini primemover digerakan oleh generator yang telah bertindak sebagai sebuah motor. 

Hal ini terjadi karena jika sebelumnya dalam kondisi sinkron , semua generator yang bekerja secara paralel akan memiliki frekuensi yang sama. Ketika terjadi penurunan frekuensi pada salah satu generator, akan menyebabkan sumber daya dari generator yang lain akan mengalirkan/memompakan daya ke generator yang mengalami penurunan frekuensi. Aliran daya listrik dengan arah yang berlawanan dari seharusnya pada generator yang bermasalah tersebut dikenal sebagai reverse power.

Reverse power juga bisa terjadi ketika frekuensi dari salah satu pembangkit yang akan sinkron (paralel) dengan saluran utama (bus) lebih rendah dari frekuensi saluran utama (bus). Ketika frekuensi pembangkit tersebut rendah, daya listrik akan mengalir dari bus menuju kepembangkit tersebut. Oleh karena itu, selama proses sinkronisasi (kerja paralel), frekuensi mesin sebuah pembangkit harus sedikit lebih tinggi dari frekuensi pada saluran utama (bus).

Setting Relay Reverse Power
Sebuah relay reverse power biasanya diset pada 20% sampai 50% dari kemampuan generator tersebut apabila bertindak sebagai motor untuk menggerakan prime mover (penggerak utama : engine, turbin) ketika terjadi reverse power. Data setingan ini biasanya diperoleh dari produsen penggerak utama (turbin atau mesin) pembangkit tersebut.