Alat Proteksi Relai Transformator Arus

Bidang proteksi relai

Current Transformer (CTs) menyalurkan sinyal ke relai pelindung di pabrik. Ketika arus abnormal terjadi, relai akan terputus, mencegah motor terbakar dan kerusakan peralatan yang merugikan.

Perangkat proteksi relai (relai proteksi) memainkan peran penting dalam memastikan stabilitas, keselamatan, dan kepatuhan terhadap peraturan sistem pembangkit dan distribusi tenaga listrik. Dengan penerapan energi terbarukan, pembangkitan terdistribusi, dan kode jaringan yang ketat, relai sangat penting dalam deteksi kesalahan, pemutusan jaringan listrik, penegakan frekuensi dan tegangan, serta keandalan sistem secara keseluruhan.

Konteks Peraturan/Standar

Peraturan Jerman untuk sambungan jaringan listrik pada sistem pembangkitan menetapkan persyaratan hukum untuk relai proteksi. Dua aturan koneksi teknis utama adalah:

VDE-AR-N 4105: mengatur sambungan tegangan rendah (≤100 kW, <1.000 V AC).

VDE-AR-N 4110: untuk sambungan tegangan menengah (>100 kW atau ≥1.000 V AC).

Dalam kedua kasus tersebut, relai pengumpan jaringan atau proteksi jaringan jaringan diperlukan untuk memantau tegangan, frekuensi, pemadaman listrik, dan fenomena terkait; untuk memutuskan sambungan generator dalam kondisi di luar batas atau tidak aman; dan untuk mencegah islanding (yaitu pemisahan sebagian jaringan secara tidak sengaja).

Aplikasi Utama / Studi Kasus

1. Pembangkit Listrik Tenaga Air dan Pembangkit Listrik Terdistribusi
Kasus konkretnya adalah Lukas Anlagenbau GmbH, sebuah perusahaan di Bavaria, yang mengoperasikan banyak pembangkit listrik tenaga air (kapasitas sekitar 5 kW hingga 10 MW). Karena peraturan VDE-AR-N 4105 (dan revisinya), pembangkit listriknya harus mematuhi persyaratan pemantauan pengumpanan jaringan: mendeteksi tegangan berlebih/kurang, frekuensi berlebih/kurang, dan bereaksi ketika parameter menyimpang.

Untuk memenuhi kebutuhan ini, Lukas Anlagenbau telah mengerahkan relai pemantauan pengumpanan jaringan CM-UFD.M31 milik ABB di lebih dari 60 pembangkit listrik tenaga air. Relai ini secara terus menerus memonitor parameter yang relevan dan mematikan saklar antarmuka (memutuskan pembangkit dari jaringan publik) ketika batas terlampaui. Perangkat ini juga menampilkan pesan kesalahan, mendukung ambang batas yang tepat (frekuensi dan voltase), dan menawarkan kegunaan yang baik (pemasangan rel DIN, tampilan yang dapat dibaca).

Kasus ini menggambarkan bagaimana proteksi relai memastikan keselamatan operasional dan kepatuhan terhadap peraturan, sekaligus memungkinkan pembangkitan terdistribusi untuk berpartisipasi dalam jaringan listrik.

2. Sistem Fotovoltaik Surya dan 'perlindungan NA'
Contoh penting lainnya adalah penerapan PV surya, khususnya di sektor tegangan rendah. Berdasarkan VDE-AR-N 4105, setiap pembangkit listrik dengan kapasitas antara 30 kW dan 135 kW harus memiliki Perlindungan Jaringan dan Sistem (perlindungan NA) yang terpasang.

Perlindungan NA menggabungkan relai pemantauan dan sakelar interlocking redundan. Relai memonitor tegangan dan frekuensi jaringan, dan ketika penyimpangan melebihi toleransi, relai memutuskan sistem PV dari jaringan dalam waktu tertentu (seringkali dalam 0,2 detik). Sakelar yang saling bertautan disusun sedemikian rupa sehingga dua elemen sakelar secara seri memastikan keamanan kesalahan—jika salah satu gagal, elemen lainnya tetap memastikan pemutusan sambungan. Perangkat switching juga memberikan umpan balik status ke relai pemantauan, memastikan pengoperasian yang benar.

3. Perangkat/Relay Yang Digunakan
Pabrikan Jerman seperti Ziehl memproduksi relay proteksi yang disesuaikan dengan standar tersebut. Misalnya, perangkat UFR1001E dan UFR1002IP memantau tegangan, frekuensi, pergeseran vektor, dan laju perubahan frekuensi (ROCOF), antara lain, memenuhi persyaratan VDE-AR-N 4105:2018-11 dan VDE-AR-N 4110:2018-11.

Relai ini digunakan di pembangkit listrik (tenaga surya, hidro, angin) dan menyediakan fungsi penting: deteksi kondisi jaringan yang tidak normal, pemutusan sambungan yang aman, kendali jarak jauh/siaga, tampilan dan pencatatan kesalahan. Relai Ziehl dirancang agar aman terhadap kesalahan tunggal (misalnya, jika salah satu komponen rusak, fitur keselamatan tetap berfungsi), yang merupakan persyaratan berdasarkan peraturan jaringan listrik Jerman.

Masalah Dipecahkan dengan Relay Protection

Dari aplikasi ini, kita dapat melihat beberapa kategori masalah bantuan perangkat proteksi relai

Stabilitas dan Keamanan Jaringan
Sumber energi terbarukan bervariasi; perubahan pembangkitan yang tiba-tiba (misalnya karena awan di atas PV atau penurunan kecepatan angin) dapat menyebabkan fluktuasi frekuensi dan tegangan. Jika tidak dikelola, fluktuasi ini dapat merambat dan mengganggu stabilitas jaringan listrik yang lebih luas. Relai memastikan pembangkit listrik terputus ketika parameter melampaui toleransi aman, sehingga melindungi pembangkit listrik dan jaringan.

Mencegah Islanding
Islanding (unit pembangkit tetap berjalan ketika jaringan listrik terputus) berbahaya bagi kru pemeliharaan dan dapat menyebabkan kerusakan peralatan. Relai proteksi dengan deteksi yang benar (kehilangan tegangan, penyimpangan frekuensi, pergeseran vektor, dll.) memastikan bahwa ketika sambungan jaringan terputus atau timbul kesalahan, pembangkitan akan dimatikan dengan aman. Tata surya dalam rezim perlindungan NA diharuskan menyertakan perlindungan anti-islanding.

Kepatuhan terhadap Kode Jaringan Listrik dan Persyaratan Hukum
Standar peraturan seperti VDE-AR-N 4105/4110 di Jerman menerapkan persyaratan perlindungan, keselamatan, dan kinerja khusus. Operator harus menggunakan relai yang bersertifikat standar ini, dengan pengaturan yang benar. Kepatuhan menghindari sanksi hukum dan memastikan bahwa pabrik dapat tetap terhubung dan mendapat upah. Kasus perusahaan pembangkit listrik tenaga air yang mengadopsi CM-UFD.M31 ABB untuk memenuhi kode VDE adalah contohnya.

Deteksi Kesalahan dan Pemutusan Cepat
Kesalahan pada saluran, kondisi tegangan berlebih, tegangan rendah, frekuensi berlebih, atau frekuensi rendah harus dideteksi dengan cepat untuk mencegah kerusakan pada komponen dan mencegah kegagalan berjenjang. Relai menyediakan deteksi dan aktuasi cepat (mematikan) untuk mengisolasi bagian yang rusak.

Kualitas Listrik dan Integrasi Jaringan
Seiring dengan meningkatnya energi terbarukan, kualitas daya (fluktuasi tegangan, kedipan, harmonik) dan koherensi (fase, frekuensi) menjadi lebih menantang. Relai proteksi membantu memantau dan menegakkan batasan yang menjaga kualitas daya yang dapat diterima oleh semua pengguna. Mereka juga mendukung fungsi seperti pergeseran vektor (untuk mendeteksi hubungan fase yang menyimpang) dan ROCOF (laju perubahan frekuensi), yang penting untuk stabilitas ketika pembangkitan terdistribusi dalam jumlah besar sedang online.

Diskusi / Pembelajaran

Kegunaan perangkat penting: Kasus nyata di Jerman menunjukkan bahwa relai yang mudah dikonfigurasikan, dengan tampilan yang jelas dan proses pengaturan yang sederhana, kemungkinan besar akan dipasang dan dipelihara dengan benar. Operator pembangkit listrik tenaga air menganggarkan anggaran untuk kemudahan konfigurasi dan presisi.

Redundansi dan keamanan kesalahan: Dua elemen peralihan independen secara seri, pemantauan posisi sakelar, relai saluran ganda, desain anti-gagal bukan hanya fitur bagus tetapi juga persyaratan peraturan di banyak kode jaringan listrik Jerman.

Ambang batas dan waktu: Pengaturan seperti batas voltase/frekuensi, penundaan sebelum pemutusan sambungan, kapasitas peralihan, dll. harus disesuaikan dengan kebutuhan operator jaringan lokal. Peraturan Jerman menetapkan batas waktu (seberapa cepat generator harus terputus ketika tegangan/frekuensi di luar jangkauan). Sensitivitas, presisi, dan kecepatan relai sangat menentukan.

Evolusi standar: Standar VDE-AR-N 4105 dan 4110 telah berevolusi. Produsen dan operator harus mengikuti revisi. Relai proteksi sering kali memberikan nilai ambang batas yang telah ditetapkan untuk versi standar ini saat ini.

Kesimpulan

Perangkat proteksi relai adalah landasan integrasi sumber energi terbarukan dan terdistribusi yang aman, patuh, dan stabil. Melalui penegakan standar peraturan (VDE-AR-N 4105/4110), penerapan perangkat relai canggih (ABB, Ziehl, dll.), dan kasus nyata dalam sistem pembangkit listrik tenaga air dan PV surya, relai mengatasi permasalahan utama:

memutuskan sambungan dalam volume yang tidak amantage/kondisi frekuensi

mencegah pulau

melindungi peralatan dan stabilitas jaringan

memastikan kepatuhan dan menghindari hukuman

Seiring dengan berlanjutnya transisi energi di Jerman (“Energiewende”), dengan semakin terdesentralisasinya pembangkit listrik, penyimpanan energi, jaringan mikro, dan jaringan pintar, relai proteksi akan semakin penting—tidak hanya untuk keselamatan dan regulasi, namun juga sebagai faktor yang memungkinkan keandalan, ketahanan, dan pengoperasian yang fleksibel.