SISTIM PROTEKSI TRANSFORMATOR TENAGA
DENGAN MENGGUNAKAN RELE DIFFERENSIAL
DI PLTGU PT PLN ( Persero) SEKTOR
PEMBANGKITAN BELAWAN
OLEH
NIM : 050 422 018
JIMMY ROY SIAHAAN
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAAN
SISTIM PROTEKSI TRANSFORMATOR TENAGA DENGAN MENGGUNAKAN RELE DIFFERENSIAL
DI PLTGU PT PLN ( Persero) SEKTOR PEMBANGKITAN BELAWAN
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro
Oleh :
Nim : 050 422 018 Jimmy Roy Siahaan
Disetujui Oleh. Dosen Pembimbing
Nip : 131.273.469 Ir. Syarahwardi
Diketahui oleh,
Pelaksana Harian Departemen Teknik Elektro FT USU,
Nip : 194610201973021001 Prof. Dr. Ir. Usman S Baaafai
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Sambaran langsung yang mengenai saluran transmisi adalah yang paling hebat diantara gelombang berjalan lainnya yang menyebabkan tegangan lebih (overvoltage) sangat tinggi yang tidak mungkin dapat ditahan oleh isolasi yang ada. Tegangan lebih yang tidak dapat ditahan oleh isolasi akan menyebabkan terjadinya gangguan hubung singkat.
KATA PENGANTAR
Dengan kerendahan hati penulis mengucapkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, karena berkat rahmat dan karunia – NYA penulis dapat menyelesaikan, Tugas Akhir ini Tugas Akhir yang berjudul “SISTIM PROTEKSI TRANSFORMATOR TENAGA DENGAN MENGGUNAKAN RELE DIFRENTIAL
DI PLTGU PT PLN ( Persero) SEKTOR PEMBANGKITAN BELAWAN” ini di maksud untukmemenuhi kurikulum dan memenuhi persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.
Dalam proses pembuatan tugas kecil ini, penulis telah mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik berupa material, spiritual, informasi, maupun segi administrasi. Oleh karena itu sudah selayaknya penulis mengucapkan trima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman S Baafai, selaku Ketua Jurusan Departemen Teknik Elektro 2. Bapak Ir.Syarahwardi , selaku desen pembimbing Tugas Akhir saya ini .
3. Seluruh staf pengajar/ Dosen dan petugas administrasi jurusan teknik elektro USU. 4. Orang tua penulis, M. Siahaan / L. Br Sihombing yang tercinta, yang selalu
memberikan dukungan baik moral, Doa dan Materi selama penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini
5. Rekan-rekan mahasiswa yang telah memberikan dorongan, masukan- masukan dan semangat kepada penulis
6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah banyak membantu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran membangun demi perbaikan isi untuk masa yang akan datang.
Akhirnya penulis berharap agar Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua, dan semoga Tuhan Yang Maha Kuasa selalu memberi berkat - NYA bagi kita semua, Amin.
Medan, Hormat Saya, Penulis,
DAFTAR ISI
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii
DAFTAR ISI v
BAB I . PENDAHULUAN 1
I.1. Latar Belakang 1
I.2. Maksud dan Tujuan Penulisan 2
I.3. Batasan Masalah 2
I.4. Metode Pengumpulan Data 3
I.5. Sistematika Penulisan 4
BAB II. LANDASAN TEORI 5
2.1. Tranfomator Tenaga 5
2.2. Hubungan Belitasn Pada Transfomator Tenaga 6
2.3. Pengertian Rele Proteksi 8
2.3.1. Funngsi dan Peranan Rele Proteksi 9
2.3.2. Keuntungan Rele Proteksi 10
2.3.3. Klasifikasi Rele Proteksi 11 2.3.4. Syarat –syarat Rele Proteksi 13 2.4. Jenis Gangguan Pada Transfomator Tenaga 14 2.4.1. Gangguan Dalam ( Internal Fault ) 14 2.4.2. Gangguan Luar ( Trough Fault ) 15 2.5. Langkah- langkah dalam mengurangi Pengaruh gangguan 17 2.6. Tujuan Sistim Proteksi Pada Transfomator Tenaga 18
BAB III. ANALISA GANGGUAN HUBUNG SINGKAT
DAN RELE PROTEKSI 19
3.1. Sistem Per-unit 19
3.2. Impedansi Urutan Transfomator 19
3.3. Sintesis Phasor Tak Simetris Dari Komponen Simetris 22 3.4. Komponen Simetris Dari Phasor Simetris 24
3.5. Gangguan Simetris Tiga Phasa 27
3.6. Gangguan Hubung Singkat tak Simetris 29 3.6.1. Gangguan Satu Phasa Ke Tanah 29
3.6.2. Gangguan Dua Phasa 31
3.7.1. Trafo Arus (CT) Trafo Tegangan (PT) 37
3.7.2. Trafo Arus Bantu (ACT) 39
3.7.3. Pemutus Tenaga 41
3.8. Penggunaan Rele Diffresial 42
3.8.1. Prinsip Kerja Dari Rele Differensial 42 3.8.2. Kerja Rele Differensial Dengan Berbagai kondisi 45
BABIV. PENGGUNAAN RELE DIFFERENSIAL TIPE 7 UT 24 49
UNTUK PROTEKSI TRANSFOMATOR TENAGA
4.1. Rele Differensial Tipe 7 UT 24 49
4.2. Data data Kelistrikan Yang Digunakan 51
4.2.1. Impedansi Konduktor 51
4.2.2. Tranfomator Tenaga 51
4.2.3. Trafo Arus Dan Trafo Arus Bantu 52
4.3.Perhitungan Arus Gangguan 52
4.3.1.Menghitung Impedansi Sumber 52 4.3.2.Menghitung Impedansi Transformator 53 4.3.3.Menghitung Impedansi Konduktor 54 4.3.4.Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat 55 4.4. Penghitungan Penyetingan Kerja Rele Differensial 57 4.5. Pemeliharaan Rele Differensial Sebagai Proteksi 59 Transfomator Di PLTGU Sektor Belawan
BAB V KESIMPULAN 60
DAFTAR PUSTAKA 62
LAMPIRAN
ABSTRAK
Sambaran langsung yang mengenai saluran transmisi adalah yang paling hebat diantara gelombang berjalan lainnya yang menyebabkan tegangan lebih (overvoltage) sangat tinggi yang tidak mungkin dapat ditahan oleh isolasi yang ada. Tegangan lebih yang tidak dapat ditahan oleh isolasi akan menyebabkan terjadinya gangguan hubung singkat.
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Perkembangan teknik dewasa ini menunjukkan kecenderungan kearah pembangkit tenaga listrik dalam jumlah yang semakin besar pada suatu pusat pembangkit listrik. Hal ini memang sesuai dengan kemajuan teknologi sekarang ini dimana telah banyak kegiatan tergantung terhadap tenaga listrik yang mana berarti kebutuhan tenaga listrik semakin meningkat. Keadaan ini menimbulkan bagaimana cara mengatasi keandalan sistim tenaga listrik serta peralatan-peralatan operasional utama yang ada pada pembangkit tenaga listrik harus di jaga keandalannya dari kerusakan yang diakibatkan adanya gangguan-gangguan di sekitar peralatan tersebut.
Transformator pembangkit merupakan peralatan yang fungsinya dan peranannya sangat penting bagi pelayanan sistim tenaga listrik. Transformator yang di pasang pada pembangkit listrik tidak terlepas dari setiap gangguan yang dapat merusak transformator itu sendiri, sehingga harus selalu di lengkapi dengan peralatan pengaman yang dapat mencegah setiap gangguan yang terjadi pada transformator tenaga.
Rele differensial digunakan sebagai pengaman pada transformator tenaga yang terletak pada pusat pembangkit listrik, dimana rele differensial ini adalah merupakan pengaman terhadap gangguan hubung singkat dalam transformator. Gangguan hubung singkat ini dapat berupa gangguan hubung singkat antara fasa ke fasa, gangguan hubung singkat antara fasa ke tanah dan gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah, dimana gangguan hubung singkat ini dapat merusak peralatan-peralatan listrik seperti transformator pembangkit secara permanen sehingga tidak menjamin kontinuitas pelayanan daya yang baik.
I.2. Maksud dan Tujuan Penulisan
Maksud dan Tujuan penulis untuk mengetahui dan memperdalam sistem kerja dari rele differensial tipe 7 UT 24 merek Siemen sebagai alat proteksi trafo tenaga di PLTGU Sektor Belawan beserta dapat mengetahui besar arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah clan gangguan hubung singkat dua fasa.
I.3. Batasan Masalah
Untuk lebih terarahnya penulisan ini kepada inti permasalahan dan tidak meluas kepada hal yang lain, maka perlu adanya pembatasan masalah. Sesuai dengan hal itu maka pembahasan pada penulisan tugas akhir ini lebih menitik beratkan kepada masalah yang di bahas :
2. Pengaman rele hanya di bahas pada Trafo Pembangkit pada sisi primer 10,5 kV dan pada sisi sekunder 155 kV .
3. Tidak membahas hubungan rele differensial dengan rele lainnya seperti rele arus lebih, rele suhu, dan rele yang lainnya.
4. Tidak membahas secara khusus bagian-bagian elektronika yang terdapat pada rele differensial tipe 7 UT 24.
5. Pembahasan dilakukan berdasarkan data-data yang diperoleh dari PT. PLN (persero ) Sektor Pembangkitan Belawan.
I.4. Metode Pengumpulan Data
Metode yang di gunakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini adalah : 1. Mencari dan mengumpulkan buku-buku yang berhubungan dengan judul dan
permasalahan tugas akhir.
2. Mengadakan konsultasi dengan pihak PT. PLN (persero ) Sektor Pembangkitan Belawan untuk mendapatkan penjelasan yang di butuhkan serta mengambil data-data kelistrikan dari komponen-komponen sistem. 3. Melakukan pengamatan / survey ke lapangan langsung
terhadap objek yang di teliti.
I.5. Sistematika Penulisan
BAB I : Merupakan bab pendahuluan yang memuat gambaran umum/latar belakang maksud dan tujuan penulisan, Batasan Masalah. Metode pengumpulan data dan juga sistimatika penulisan.
BAB II : Merupakan bab yang memuat tentang landasan teori dimana terdiri dari transformator tenaga, pengertian dari rele proteksi, jenis gangguan yang terjadi pada trafo tenaga serta langkah-langkah dalam mengurangi pengaruh gangguan dan tujuan sistem proteksi pada transformator tenaga.
BAB III : Merupakan bab yang memuat tentang Analisis gangguan hubung singkat dan sistem proteksi rele differensial dimana membahas tentang jenis-jenis gangguan hubung singkat, serta membahas komponen-komponen sistem proteksi pada transformator tenaga dan juga membahas penggunaan rele differensial.
IV : Pada bagian ini membahas tentang penggunaan rele diferensial tipe 7 UT 24 merek siemens untuk proteksi transformator serta menghitung Arus gangguan yang terjadi pada Trafo pembangkit listrik di PT. PLN (persero ) Sektor Pembangkitan Belawan.
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Transformator Tenaga
Transformator tenaga adalah merupakan suatu peralatan listrik statis yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga / daya listrik arus bolak-balik dari tegangan rendah ke tegangan tinggi atau sebaliknya pada frekuensi yang konstan, berdasarkan prinsip elektromagnetis. Penggunaan transformator dalam sistim tenaga dapat di sesuaikan tegangannya sesuai dengan keperluannya. Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan menjadi:
a. Transformator daya (Tenaga) b. Transformator distribusi c. Transformator pengukuran
Transformator Tenaga terdiri dari beberapa bagian :
1. Inti Besi, berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi yang di timbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Bahan inti terbuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi untuk mengurangi panas . 2. Minyak Trafo, Sebagian trafo Tenaga kumparan-kumparan dan intinya di rendam dalam minyak trafo terutama trafo-trafo tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak trafo mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan bersifat pula sebagai isolasi (daya tegangan tembus tinggi), sehingga minyak trafo tersebut berfungsi sebagai media pendingin dari isolasi.
yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki trafo.
4. Tangki Minyak, Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo berada (di tempatkan) dalam tangki, untuk menampung pemuaian minyak trafo.
5. Kumparan Trafo, Beberapa lilitan kawat yang berisolasi membentuk kumparan-kumparan tersebut di isolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain. Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan / arus bolakbalik maka pada kumparan tersebut akan timbul fluksi. Fluksi ini akan menginduksikan tegangan dan bila pada kumparan sekunder di hubungkan pada beban maka akan menghasilkan arus pada kumparan ini. Jadi kumparan merupakan sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
2.2. Hubungan Belitan Pada Transformator Tenaga
1. Hubungan Bintang (Y y)
U V W
Gambar 2.1. Lilitan transformator hubungan bintang
2. Hubungan segitiga (D d)
Dalam hubungan segitiga tiap ujung kumparan di sambung pada ujung kumparannya, sehingga terbentuk semacam segi tiga (0). Simbol D untuk sisi tegangan tinggi dan simbol D untuk sisi tegangan rendah
Gambar 2.2. Lilitan Transformator hubungan segitiga
Transformator Daya yang di gunakan pada pembangkit di PLTGU Sektor Belawan berkapasitas 172 MVA dengan tegangan pada sisi primer 10,5 kV dan pada sisi sekunder 155 kV dan tegangan impedansi 12 % dengan keterangan belitan Ynd 11.
2.3. Pengertian Rele Proteksi
Pengertian rele proteksi secara umum adalah suatu rele yang di gunakan untuk mengamankan peralatan-peralatan listrik terhadap kondisi abnormal (adanya gangguan). Rele proteksi adalah sebuah alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur atau menghubungkan suatu rangkaian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya perubahan rangkaian yang lain. Istilah rele ini paling sering dipakai pada rangkaian listrik, oleh karena itu sering di sebut juga dengan rele listrik.
Menurut pembagian lokasi pengaman rele proteksi di bagi atas dua kelompok yaitu :
1. Rele proteksi pembangkit
2. Rele proteksi jala jala atau distribusi
Rele Proteksi Pembangkit adalah suatu rele proteksi yang di gunakan untuk mengamankan peralatan-peralatan listrik yang ada di pembangkit seperti Generator, Transformator Utama, Transformator bantu, dan pada motor-motor listrik pemakaian sendiri di suatu pembangkit, baik itu di PLTU, PLTG, PLTGU, PLTD, PLTA, dan lain-lain.
Bentuk relai semi konduktor (solid state relay) bekerja sangat cepat, tidak mempunyai bagian-bagian yang bergerak dan dapat di andalkan. Relai elektromagnetik sering mengalami korosi, pemantulan kontak dan sebagainya yang mengaruskan pemeliharaan secara teratur. Karena Tugas Akhir ini hanya membahas masalah rele proteksi pada pembangkit, maka rele proteksi untuk jala-jala atau distribusi tidak di bicarakan.
2.3.1. Fungsi dan Peranan Rele Proteksi
Nilai investasi peralatan listrik pada suatu pembangkit listrik sangat besar dananya. Diharapkan kelangsungan operasi dan efisiensi peralatan tersebut selalu dalam keadaan stabil agar kerugian material dan gangguan pelayanan listrik dapat ditekan sekecil mungkin.
Melihat fungsi dan peranan relai proteksi pada pembangkit maka dapat dikelompokkan menjadi :
a. Memberikan sinyal alarm atau melepaskan pemutus tenaga (circuit breaker) dengan tujuan mengisolir gangguan atau kondisi tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan lebih, kenaikan suhu, hubung singkat dan lain-lain.
b. Melepaskan atau mentripkan peraIatan yang tidak normal untuk mencegah timbulnya kerusakan. Misalnya proteksi beban lebih berfungsi mengamankan peralatan listrik dan mencegah kerusakan isolasi.
Tetapi apabila gangguan terjadi secara terus menerus maka kemungkinan belitan akan rusak dan memerlukan perbaikan total.
d. Melokalisir kemungkinan dampak atau akibat gangguan dengan peralatan yang terganggu dapat menyebabkan gangguan pada peralatan lain yang berada pada sistem.
e. Melepaskan peralatan atau bagian yang terganggu secara cepat dengan maksud menjaga stabilitas sistem. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pembagian fungsi dan peranan rele proteksi dikelompokkan lagi menjadi : 1. Mencegah kerusakan.
2. Membatasi kerusakan.
3. Mencegah meluasnya gangguan sistem.
2.3.2. Keuntungan Rele Proteksi
Adapun keuntungan menggunakan rele proteksi adalah :
1. Rele-rele digunakan untuk memutuskan suplay pada suatu bagian power sistem yang mengalami gangguan atau operasi tidak normal. Jadi dapat dikatakan bahwa rele memberikan signal pada circuit breaker untuk segera trip atau mengisolasikan bagian yang terganggu.
2.3.3. Klasifikasi Rele Proteksi
Klasifikasi rele proteksi dapat di lihat dari beberapa tipe konstruksinya yaitu :
1. Konstruksi rele tipe “HINGED ARMATUR”
to Trip Circuit
Gambar 2.4. Konstruksi rele tipe Hinged Armatur
Bila ada arus i mengalir, inti besi akan menjadi magnit, lengan gerak akan tertarik dan kontak trip akan menutup.
2. Konstruksi rele tipe “PLUNGER”
Gambar 2.5. Konstruksi rele tipe Plunger
3. Konstruksi rele tipe "POLARISED MOVING IRON"
Gambar 2.6. Konstruksi rele tipe Polarised Moving Iron
Medan magnet yang timbul pada inti kumparan akibat arus i yang mengalir harus senama / searah dengan magnit permanen yang ada untuk menyebabkan kontak menutup. Kontak menutup apabila arah arus di balik.
4. Konstruksi rele tipe “TUAS PENGIMBANG (Balance Beam)”
Gambar 2.7. Konstruksi rele tipe Tuas pengimbang
Batang (beam) A akan tetap pada posisi horizontal, kecuali gaya yang di akibatkan oleh arus kumparan kerja lebih besar dari gaya yang di akibatkan oleh arus kumparan penahan yang menyebabkan kontak trip menutup.
5. Konstruksi rele tipe "Kumparan Putar Magnit Tetap.
Gaya gerak timbul akibat adanya interaksi antara medan magnit permanen dan medan magnit pada kumparan yang menyebabkan kontak menutup.
6. Konstruksi Proteksi Differensial
Proteksi ini bekerja berdasarkan prinsip membandingkan besar dan phasa arus yang masuk dengan yang keluar dari sirkit yg di proteksi .Pada kedua ujung sirkit dipasang CT yang mempunyai perbandingan belitan yang sama ,dan sekunder nya di hubungkan sedemikian ,sehingga pada keadaan normal tidak akan aa perbedaan .daan rele tidak bekerja .
2.3.4. Syarat-syarat Rele Proteksi
Untuk melaksanakan tujuan atau fungsi dari suatu proteksi, maka rele proteksi harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1) Keterandalan(reliability)
rele tidak boleh gagal bekerja dalam mengatasi gangguan tersebut. Kegagalan kerja rele dapat mengakibatkan alat yang diamankan rusak berat atau gangguannya meluas sehingga daerah yang mengalami pemadaman semakin luas.Rele tidak boleh gagal kerja, artinya rele yang seharusnya tidak
bekerja, tetapi bekerja. Hal ini menimbulkan pemadaman yang tidak
seharusnya dan menyulitkan analisa gangguan yang terjadi. Keandalan rele pengaman di tentukan dari rancangan, pengerjaan, beban yang digunakan, dan perawatan.
2. Selektivitas (selectivity)
Selektivitas berarti rele harus mempunyai daya beda (discrimination)
terhadap bagian yang terganggu, sehingga mampu dengan tepat memilih bagian dari sistem tenaga listrik yang terkena gangguan. Kemudian rele bertugas mengamankan peralatan atau bagian sistem dalam jangkauan
pengamanannya. Tugas rele untuk mendeteksi adanya gangguan yang terjadi pada daerah dan pengamanannya dan memberikan perintah untuk membuka pemutus tenaga dan memisahkan bagian dari sistem yang terganggu. Letak pemutus tenaga sedemikian rupa sehingga setiap bagian dari sistem dapat dipisahkan. Dengan demikian bagian sistem lainnya yang tidak terganggu jangan sampai dilepas dan masih beroperasi secara normal, sehingga tidak terjadi pemutus pelayanan. Jika terjadi pemutusan atau pemadaman hanya
terbatas pada daerah yang terganggu 3)Sensitivitas(sensitivity)
Rele harusnya mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap besaran
awal terjadinya gangguan. Oleh karena itu, gangguan lebih mudah diatasi pada awal kejadian. Hal ini memberikan keuntungan dimana kerusakan
peralatan yang harus diamankan menjadi kecil. Namun demikian rele harus stabil, artinya:
a.Rele harus dapat membedakan antara arus gangguan atau arus beban maksimum.
b.Pada saat pemasukan trafo daya, rele tidak boleh bekerja karena
adanya arus inrush, yang besarnya seperti gangguan, yaitu 3 sampai 5 kali arus beban maksimum
c.Rele harus dapat membedakan adanya gangguan atau ayunan beban .
4) Kecepatan kerja
Rele pengaman harus dapat bekerja dengan cepat jika ada gangguan, misalnya isolasi bocor akibat adanya gangguan tegangan lebih terlalu lama sehingga peralatan listrik yang diamankan dapat mengalami kerusakan. Pada sistem yang besar atau luas, kecepatan kerja rele pengaman mutlak diperlukan karena untuk menjaga kestabilan sistem agar tidak terganggu.
5) Ekonomis
dalam pengoperasiannya, dibantu oleh rele lain,
2.4. Jenis Gangguan Pada Transformator Tenaga
2.4. l. Gangguan dalam (Internal Fault)
Internal Fault adalah gangguan yang bersumber dari dalam transformator itu sendiri.
Gangguan ini dapat diklasifikasikan sebagai berikut : 1. Gangguan Awal
Gangguan ini sering disebut gangguan awal, karena berawal dari gangguan yang kecil namun kemudian berkembang menjadi gangguan berat. Dimana gangguan ini di sebabkan oleh :
a.Kendornya baut-baut penjepit inti dan pada terminal konduktor. b.Gangguan pada inti besi akibat kerusakan laminasi isolasi.
c.Gangguan pada terminal bushing akibat adanya kontaminasi keretakan, penuaan, dan lain-lain.
d.Adanya arus sirkulasi yang tidak di kehendaki pada transformator yang di paralel.
2. Gangguan Hubung singkat di dalam transformator misalnya hubung singkat diantara gulungan belitan tegangan tinggi atau rendah.
2.4.2. Through Fault.
Gangguan ini terjadi di luar transformator dan dapat di klasifikasikan sebagai berikut :
Gangguan hubung singkat antara fasa atau gangguan fasa ke tanah di Iuar transformator, misalnya di busbar atau di sisi penyulang tegangan menengah. Arus gangguan ini cukup besar dan dapat di deteksi.
1. Beban lebih (Over load)
Transformator tenaga dapat beroperasi secara kontinu pada beban nominal. Bila beban lebih besar dari beban nominal, maka transformator akan berbeban lebih, akan menimbulkan arus lebih yang mengakibatkan pemanasan lebih. Ini akan menurunkan kemampuan isolasi.
2.4.3. Arus Inrush.
Pada saat tranfomator dialiri arus untuk pertama kali maka mengalir lah arus magnetisasi atau arus eksitasi .Sementara itu rele differensial merasakan arus inrush sebagai salah satu jenis arus gangguan dimana arus inrush ini dapat mencapai puncak nya segera 8 hingga 30dari pada muatan penuh .
2.5. Langkah-langkah Dalam Mengurangi Pengaruh Gangguan
Langkah-langkah dalam mengurangi pengaruh gangguan dapat di lakukan dengan cara sebagai berikut :
1. Mengurangi Akibat Gangguan
Membatasi arus hubung singkat dengan memakai peralatan yang mampu menanggulangi terhadap terjadinya arus hubung singkat.
a. Memakai saluran ganda atau saluran yang membentuk ring. b. Memakai penutup balik otomatis.
c. Memakai generator cadangan putar atau pembangkit siap pakai 3. Mengkontrol Arus Inrush .
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam mengkontrol arus inrush 1.Ukuran dari bank transformator .
2. Besar nya sumber yang masuk
3. Resisitansi dari sumber yang masuk pada transformator 4. Jenis besi dari inti transfomator dan intensitas kejenuhan nya 5. Tingkat fluksi residual dari bank
6. Bagaimana jika bank dialiri arus
Tujuan Sistem Proteksi Pada Transformator Tenaga
Proteksi Transformator Tenaga adalah suatu sistem pengamanan yang di lakukan pada transformator tenaga terhadap gangguan yang terjadi pada daerah pengaman transformator tenaga.
Tujuan dari sistem proteksi transformator tenaga adalah :
Mencegah kerusakan transformator tenaga karena gangguan yang terjadi dalam petak transformator tenaga.
Untuk dapat berpartisipasi dalam penyelenggaraan selektivitas pengaman sistem sehingga hanya melokalisasi gangguan yang terjadi di daerah pengamanan transformator saja.
BAB III
ANALISA GANGGUAN HUBUNGAN SINGKAT
DAN RELE DIFFERENSIAL
3.1. Sistem Per-unit
Sistem per-unit didefenisikan sebagai perbandingan harga sebenarnya dengan harga dasar dalam satuan yang sama. Harga dasar ini dapat dipilih sembarang. Jadi bila besaran listrik dinyatakan dalam per-unit (pu), maka untuk besaran arus, tegangan, daya dan impedansi diperoleh sebagai berikut :
Ipu =
3.2. Impedansi Urutan Transformator
Pada transformator tiga fasa, impedansi transformator untuk urutan positif, urutan negatif dan urutan nol mempunyai nilai yang identik. Karena impedansi rangkaian tidak bergantung pada urutan fasanya asalkan tegangan yang digunakan seimbang.
Arus urutan nol akan hanya mengalir jika terdapat arus kembali yang membentuk rangkaian lengkap, maka Z0 adalah terbatas. Rangkaian ekivalen urutan nol pada
transformator tiga fasa dengan bermacam hubungan belitan dapat dilihat pada Gambar 3.1. di bawah ini.
Gambar 3.1. Rangkaian ekivalen urutan nol pada transformator 3Ø
Pada Gambar 3.1. diatas huruf P dan Q memberikan titik yang bersesuaian pada diagram hubungan dan rangkaian ekivalen. Hubungan antara belitan primer dan sekunder pada Gambar diatas menyatakan hubungan rangkaian ekivalen urutan nol. Hubungan tersebut adalah sebagai berikut :
2. Hubungan Y-Y, dengan kedua netralnya ditanahkan.
Bila kedua netralnya ditanahkan akan terjadi jalur lewat arus urutan nol pada transformator melalui kedua gulungan. Dalam jaringan urutan nol, titik-titik pada kedua sisi transformator dihubungkan oleh impedansi urutan nol transformator dengan cara yang sama seperti pada jaringan urutan positif dan negatifnya.
3. Hubungan Y-Δ, dengan Y ditanahkan.
Bila titik netral dari belitan Y ditanahkan, maka arus urutan nol akan mengalir ketanah melalui Y karena arus imbasnya yang bersesuaian dapat beredar didalam
Δ, arus yang beredar didalam Δ untuk mengimbangi arus urutan nol di dalam Y tidak dapat mengalir pada saluran yang terhubung ke Δ. Rangkaian ekivalennya harus menyediakan jalur dari saluran pada sisi Y melalui resistansi dan reaktansi bocor ekivalen transformator ke rel pedoman. Jika hubungan antara netral dan tanah mengandung impedansi Zn, maka rangkaian ekivalen urutan nolnya mempunyai empedansi
sebesar 3Zn.
4. Hubungan Y- Δ, dengan Y tidak ditanahkan
Bila belitan Y tidak ditanahkan sama halnya dengan keadaan dimana impedansi Zn diantara netral dan tanah adalah tak terhingga, sehingga
arus urutan nol tidak dapat mengalir pada gulungan transformator. 5. Hubungan Δ- Δ.
Karena rangkaian Δ tidak menyediakan jalur kembali untuk arus urutan nol, arus urutan nol tidak dapat mengalir kedalam rangkaian pada hubungan Δ- Δ, meskipun arus tersebut dapat beredar didalam hubungan
3.3. Sintesis Phasor Tak Simetris Dari Komponen-komponen Simetris
Karya Forfecue membuktikan bahwa suatu sistim tak seimbang yang terdiri dari n phasor yang berhubungan dan dapat di uraikan menjadi n buah sistim dengan phasor seimbang dinamakan komponen-komponen simetris dari phasor aslinya, n buah phasor pada setiap himpunannnya sama panjang dan sudut diantara phasor yang bersebelahan dalam himpunan itu sama besarnya, menurut teorema Fortescue, tiga phasor tak seimbang dari sistim phasor yang seimbang. Himpunan seimbang komponen itu adalah :
1. Komponen-komponen urutan positif yang terdiri dari tiga phasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 1200, dan mempunyai urutan fasa yang sama seperti phasor-phasor aslinya.
2. Komponen-komponen urutan negatif yang terdiri dari tiga phasor yang sama besarnya, terpisah satu dengan yang lain dalam fasa sebesar 1200, dan mempunyai urutan fasa yang berlawanan dengan phasor-phasor aslinya.
3. Komponen-komponen urutan nol yang terdiri dari tiga phasor yang sama besarnya dan dengan pergeseran fasa nol antara phasor satu dengan yang lainnya.
Komponen Simetris ketiga fasa dinyatakan dalam a,b,c, jika phasor
aslinya adalah tegangan, maka tegangan tersebut dinyatakan dengan Va, Vb,
Vc, yaitu : Va1, Vb1, Vc1, demikian urutan negatif adalah Va2, Vb2, Vc2,
Karena setiap phasor tidak seimbang, yang aslinya adalah jumlah komponen, phasor asli yang dinyatakan dalam suku-suku komponennya adalah :
Va = Va1 + Va2 + Va0 … (3-6)
Vb = Vb1 + Vb2 + Vb0 … (3-7)
Vc = Vc1 + Vc2 + Vc0 … (3-8)
Gambar berikut ini tiga himpunan komponen simetris :
Gambar 3.2. Tiga himpunan phasor seimbang yang merupakan komponen dari tiga phasor tak simetris
Karena adanya pergeseran fasa pada komponen simetris tegangan dan arus pada sistem tiga fasa, akan sangat memudahkan kita mempunyai metode penulisan cepat untuk menunjukkan perputaran 1200. Huruf a biasanya digunakan untuk menunjukkan operator yang menyebabkan perputaran 1200 dalam arah berlawanan dengan arah jarum jam, operator semacam adalah bilangan kompleks yang biasanya satu dan sudut 1200 dan didefenisikan sebagai :
a = 1 ∠ 1200 = -0,5 + j 0,866
phasor akan diputar 3600, selanjutnya pangkat dan fungsi operator dapat dibuat tabel seperti dibawah ini :
Tabel 3.1. Fungsi Operator
Pangkat/Fungsi Bentuk Dalam Kutub Koordinat Kartesian
a
Komponen-komponen Simetris dari Phasor-Phasor yang Simetris
Sintesis tiga fasor tak simetris dari tiga himpunan fasor simetris, sintesis ini telah dilakukan sesuai dengan persamaan (3-6), (3-7), (3-8) untuk menguraikan ketiga fasor tak simetris itu menjadi komponen simetris, perhatikan bahwa banyaknya kuantitas yang diketahui dapat dikurangi dengan menyatakan masing-masing komponen Vb dan Vc sebagai hasil kali fungsi operator a dan komponen Va
Dengan mensubsitusikan persamaan diatas kepada persamaan (3-6), (3-7), (3-8) diperoleh :
Va = Va0 + Va1 + Va2 … (3-9)
Vb = Va0 + a2 Va1 + aVa2 … (3-10)
Vc = Va0 + aVa1 + a2Va0 … (3-11)
Dalam bentuk matriks diperoleh :
Va 1 1 1 Va0
Vb = 1 a2 a Va1 … (3-12)
Vc 1 a a2 Va2
atau :
(Vabc) = (A) (V012)
dimana :
1 1 1 (A) = 1 a2 a 1 a a2 maka invers matrik (A) adalah
1 1 1
(A)-1 = 3 1
1 a a2
1 a2 a
dari :
(Vabc) = (A) (V012)
maka :
Dengan mensubsitusikan harga invers matriks kepersamaan (3.13) akan
Untuk penguraian tiga phasor tidak simetris menjadi komponen simetrisnya hubungan ini sangat penting sehingga dapat dituliskan persamaan kedalam bentuk persamaan biasa dari persamaan (3-14) diperoleh :
Va0 = (Va+Vb+Vc
Dalam sistim tiga fasa jumlah arus sama dengan arus In dalam jalur kembali lewat netral jadi :
In = Ia + Ib + Ic … (3.24)
Maka persamaan (3.21) dapat dibandingkan dengan persamaan (3.24) diperoleh :
Ia0 =
3 1
In
In = 3 Iao … (3.25)
Gangguan simetris Tiga fasa
Gangguan tiga fasa pada suatu sistim adalah gangguan yang seimbang, dapat lihat seperti Gambar (3.3)
Gambar (3.3). Hubungan Gangguan Tiga Fasa
Analisa gangguan tiga fasa dinyatakan oleh persamaan-persamaan berikut : Ia + Ib + Ic = 0
Va = Vb = Vc = 0
Dari persamaan urutan tegangan dari persamaan (3-15), (3-16), (3-17) diperoleh :
Va1 = Va aVb a Vc
2
( 3
1 + + )
= (1 ) 0 3
1 + + 2 =
a
Va = Va +a Vb+aVc
Dari rangkaian diatas hanya ada rangkaian eqivalent urutan positif saja, maka dapat dibuat rangkaiannya seperti Gambar (3.4)
Gambar (3.4). Diagram Sambungan Jala-jala Urutan Positif
Dari Gambar diatas :
Ia1 =
I a
Karena Ia2 = 0 dan Ia0 = 0, maka dari persamaan (3-18), (3-19), (3-20) bahwa :
Jadi besar arus hubung singkat (If) untuk gangguan tiga fasa adalah :
If = Ia = Ib = Ic = 1
Z Ea
… (3.26)
Gangguan Hubung Singkat Tak Simetris
3.6.1. Gangguan satu fasa ketanah
Gangguan satu fasa ketanah pada suatu sistem adalah apabila terjadi salah satu konduktor terhubung ketanah. Misalkan saluran yang mengalami gangguan ketanah adalah fasa A seperti Gambar (3.5)
Gambar (3.5). Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa Ketanah
Keadaan gangguan dari gambar diatas memiliki persamaan : Ib = 0
Ic = 0
Komponen-komponen simetris arus dari persamaan (3-21). (3.22), (3.23) ialah :
Ia0 = (Ia+Ib+Ic
3 1
) = Ia/3
Ia1 = ( )
3
1 2
c b a aI a I
I + + = Ia3
Ia2 = Ia+a Ib+aIc
2
( 3 1
) = Ia/3
atau :
Ia0 = Ia1 = Ia2 = Ia/3
Dari persamaan di atas maka menganalisanya digunakan ketiga urutan yaitu urutan positif, urutan negatif, dan urutan nol yang dihubungkan secara seri maka hubungan jala-jala digambarkan pada Gambar (3.6)
Gambar (3.6). Diagram sambungan jala-jala urutan untuk gangguan satu fasa ketanah
Persamaan-persamaan untuk komponen-komponen jatuh tegangan : Va1 = Ea – Ia1 Z1
Va2 = Ia2 Z2 = Ia2 Z2
Dari persamaan :
Maka besar arus gangguan (If) untuk gangguan satu fasa ketanah :
If = Ia = 3 Ia1
3.6.2. Gangguan Dua Fasa
Gangguan dua fasa atau gangguan saluran suatu sistem adalah bila terjadi satu konduktor terhubung dengan konduktor lain.
Seperti pada Gambar (3.7) dibawah ini :
Dari persamaan diatas diperoleh kondisi sebagai berikut : Vb = V0
Ia = 0
Ib = -Ic
Komponen-komponen simetris tegangan adalah dengan mensubtitusikan persamaan (3-15), (3-16), (3-17), kepersamaan diatas diperoleh :
Va0 = ( )
Sedangkan komponen-komponen simetris arus ialah dengan mensubstitusikan persamaan-persamaan (3-21), (3-22), (3-23) diperoleh :
Ia0 = ( )
dengan demikian diperoleh : Ia0 = 0
Dapat dilihat dari analisa diatas bahwa analisa untuk gangguan dua fasa adalah hanya urutan positip dan urutan negatip yang dihubungkan secara paralel.
Gambar (3.8). Diagram sambungan jala-jala urutan gangguan dua fasa
Dari persamaan tegangan : Va1 = Va2
Ea – Ia1Z1 = - Ia2 Z2
dimana :
Ia1 = - Ia2
Ea – Ia1Z1 = - Ia1Z
Ia1 (Z1 + Z2) = Ea
Dengan demikian :
Ia1 =
2
1 Z
Z Ea
+ … (3-29)
Dengan mensubstitusikan persamaan (3-18), (3-19), (3-120) ke persamaan :
Ia = 0 dan Ia1 = Ia2
Ib = a2 Ia1 + aIa2 + Ia0
Ic = a Ia1 + a2 Ia2 + Ia0
Besar arus gangguan (Ir) dua fasa ialah :
If = Ib = Ic
= (aIa1 + a2 Ia2 + Ia0)
atau :
If = Ib = a2 Ia1 + aIa2 + Ia0
karena :
Ia1 = -Ia2
maka :
If = a2 Ia1 – aIa1 + 0
= (a2 – a) Ia1
If = (a2 - a)
2 1
2
Z Z
E
+ … (3-30)
3.6.3. Gangguan Dua Fasa Ketanah
Gangguan dua fasa ketanah pada suatu sistem adalah apabila terjadi dua konduktornya terhubung ketanah.
Dari Gambar diatas diperoleh persamaan kondisi : Ia = 0 ; Vb = 0 : Vc = 0
Dengan mensubstitusikan persamaan (3-15), (3-16), (3-17) ke persamaan kondisi diatas :
dari hasil diatas maka untuk gangguan dua fasa ketanah adalah urutan positip, urutan negatip dan urutan nol yang dihubungkan secara paralel :
Gambar (3.10). Diagram Sambungan jala-jala gangguan dua fasa ketanah
Dari persamaan tegangan :
maka :
Komponen-komponen Sistem Proteksi pada Transformator Tenaga
3.7.1. Trafo Arus (CT) dan Trafo Tegangan (PT)
3.7.1a. Trafo Arus (Current Tranformator, CT)
Trafo Arus digunakan untuk mengukur arus beban suatu rangkaian dengan menggunakan alat ukur arus (ammeter) yang tidak terlalu besar.
Dengan mengetahui perbandingan transformator N1 / N2 dan pembacaan ammeter
Trafo Arus (CT) mempunyai standart arus sekunder 5A dan perbandingan arus yang ada dapat pada tabel (3.2) sebagai berikut :
Tabel (3.2) Rasio Trafo Arus (CT)
RASIO ARUS RASIO LILITAN
50 : 1
3.7.1b. Trafo Tegangan (Potential Transformer, PT)
Trafo tegangan digunakan untuk menguukur tegangan, karena alat ukur tidak dapat dihubungkan langsung kejala-jala karena tegangan sangat tinggi. Pada trafo ideal dapat diketahui tegangan V1 adalah :
2 1
2 1
N N V V
= … (3-34)
V1 = 2 2 1 .V
N N
… (3-35)
Pengentanahan rangkaian sekunder diperlukan untuk mencegah adanya beda potensial yang besar antara kumparan primer dan sekunder (antara titik a dan b) pada saat isolasi kumparan primer rusak.
3.7.2. Trafo Arus Bantu (Auxilary Current Transformer, ACT)
Fungsi penggunaan Transformator arus bantu pada rele differensial adalah :
1. Untuk mengoreksi serta menyamakan adanya perbedaan arus di sisi sekunder CT yang terletak pada sisi tegangan tinggi dan tegangan rendah Transformator Tenaga.
2. Untuk mengoreksi adanya pergeseran Vektor sisi tegangan tinggi dan tegangan rendah Transformator tegangan.
Jenis-jenis transformator arus pembantu ada dua macam yaitu : a. Auto trafo
Gambar (3.12). Hubungan belitan Auto trafo
b. Trafo arus yang terpisah sisi primer dan sisi sekunder
Gambar (3.12). Hubungan belitan Trafo Arus yang terpisah sisi primer dan
sekunder
Dalam pemasangan Trafo arus bantu supaya sesuai dengan fungsinya maka penyambungan terhadap hubungan belitan trafo tenaga, trafo arus dan trafo bantu (ACT) harus diperhatikan. Seperti pada tabel (3.3) di bawah ini :
Tabel (3.3) Hubungan Belitan Trafo Tenaga, Trafo Arus dan Trafo Arus
Bantu
Sisi Trafo
Tenaga CT
ACT
Primer Sekunder Y
Y D
Y D Y
Y Y Y
Contoh Pengawatan Rele Differensial Dengan Trafo Arus Bantu
Gambar (3.13) Pengawatan relai differensial dengan ACT
3.7.3. Pemutus Tenaga (PMT)
tambahan tersebut agar memberikan isyarat kepada pemutus tenaga/pemutus beban supaya bekerja.
Akibat hubungan langsung dari pemutus tenaga adalah timbulnya busur api diantara kontak-kontaknya, hal ini tidak diinginkan karena dapat membahayakan instalasi. Sesuai dengan medium yang digunakan untuk memadamkan busur api, pemutus tenaga dapat dibedakan atas :
1. Circuit Breaker dengan media pemadam minyak (Oil Circuit Breaker) 2. Circuit Breaker dengan media pemadam hembus udara bertekanan (CB
Type Air-Blast)
3. Circuit Breaker dengan media pemadam hampa udara (Vakum Circuit Breaker)
4. Circuit Breaker dengan media pemadam gas SF6
Saat ini pemutus tenaga tipe media pemadam gas SF6 banyak digunakan disebabkan sifat dari gas SF6 yang menguntungkan yaitu tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun dan tidak mudah terbakar.
Penggunaan Rele Differensial
3.8.1. Prinsip Kerja Dari Rele Differensial
Prinsip kerja dasar rele differensial didasarkan pada perbedaan antara arus yang mengalir pada kedua sisi transformator melalui suatu perantara yaitu transformator arus (CT). Proteksi differensial digunakan untuk mengamankan transformator daya dan generator terhadap gangguan hubung singkat antara kumparan yang satu dengan kumparan yang lainnya.
Untuk keperluan pengamanan pada sistem digunakan dua buah transformator arus yang identik yaitu CT1 dan CT2, dimana batas pengamanannya dari rele
differensial terletak diantara CT1 dan CT2.
Dalam keadaan normal besarnya arus yang mengalir yaitu sebesar I1 = I2
sehingga arus yang mengalir pada sisi primer CT1 (I1) adalah sama dan sephasa
tetapi berlawanan arah dengan arus yang mengalir pada sisi sekunder CT2 (I2).
Bila dianggap CT1 dan CT2 adalah trafo arus ideal yang benar-benar identik
(memiliki rasio dan penyambungan polaritas yang benar) sehingga dapat ditulis I1 = I2, dimana Ir = 0 (I1 = CT1 dan I2 = CT2).
Dalam keadaan seperti ini maka pada sistem tidak ada arus yang mengalir pada kumparan differensial sehingga rele tidak akan bekerja. Tetapi bila terjadi gangguan pada daerah yang diamankan maka rele akan bekerja untuk mengamankan daerah yang terganggu.
Gambar (3.14) Diagram rele differensial
Hal-hal yang menyebabkan rele bekerja pada gangguan yang terjadi di luar daerah proteksi adalah :
• Pemasangan polaritas CT yang salah
• Penggunaan karakteristik kejenuhan magnetik CT yang tidak sama. Hal ini dapat terjadi pada saat switching.
• Impedansi kabel yang digunakan cukup berbeda (burden) • Pengaruh harmonisa.
Untuk menghindari keadaan ini, rele differensial dilengkapi dengan kumparan kerja dan restraining coil (kumparan penahan) atau yang dikenal dengan rele differensial persentase (rele differensial bias).
Prinsip kerja rele differensial persentase adalah rele tidak bekerja bila kopel kerja lebih kecil dari kopel penahan ditambah gaya pegas. Rele akan bekerja bila kopel kerja lebih besar dari kopel penahan dan gaya pegas. Seperti terlihat pada Gambar 3.15 di bawah ini.
Gambar (3.15) (a) Prinsip kerja rele persentase differensial dan
Keterangan Gambar (a) :
Wr = Kumparan restrain Wo = Wr
Wo = Kumparan kerja Tr = k2, Wo2 . io2
Tr = Kopel restrain To = k1 . Wo2 . io2
To = Kopel kerja Tm = k1 . Wo2 . io min2
Tm = Kopel dari pegas
k1 = Belitan Wr
k2 = Belitan Wo
Io min = Arus kerja minimum pada saat arus restrain (ir) sama dengan nol
Keterangan Gambar (b) :
• Kecuraman dari karakteristik arus kerja dapat diatur dengan mengatur kumparan rele.
• Dengan naiknya arus pada kumparan restraining maka arus kerja rele juga akan naik
• Karakteristik kerja rele akan memotong sumbu Io pada titik Iomin yang
menyatakan arus kerja jika arus pada kumparan restrainingnya adalah sama dengan nol.
3.8.2. Kerja relai differensial dengan berbagai kondisi
Gambar (3.15) (a) Pada keadaan normal (b). Pada keadaan gangguan diluar
proteksi
• Pada keadaan normal : Ir = I1 = I2
Karena rating CT sekunder dipilih sama, maka : I1 = I2
Ir = 0 (rele tidak bekerja)
• Pada keadaan gangguan diluar proteksi :
Seperti terlihat pada Gambar 3.15 (b) sirkulasi arus pada sisi sekunder pada masing-masing CT sama pada saat keadaan normal, sehingga :
Ir = I1 – I2 = 0 (rele tidak bekerja)
• Pada keadaan gangguan di dalam daerah proteksi Seperti diperlihatkan pada Gambar 3.16 :
`
Pada keadaan gangguan, arus jaringan menuju titik gangguan, arus sekunder I1 mengalir seperti arah yang diperlihatkan pada Gambar 3.16, arus
sekunder I2 berbalik arah sehingga arus yang masuk ke rele :
Ir = I1 + I2
Karena hanya satu sumber, arus I2 mengalir sesaat (transient) dan akhirnya I2 = 0,
sehingga arus yang masuk ke rele sekarang adalah : Ir = I1
Arus I1 akan mengoperasikan rele.
B. Kerja rele differensial untuk sumber dua arah
Gambar (3.17) (a) pada keadaan normal, (b) pada keadaan diluar daerah
proteksi
• Pada keadaan normal, seperti terlihat pada Gambar 3.17 (a) : Ir = I1 – I2
I1 = I2 dimana Ir = 0 (rele tidak bekerja)
Arus jaringan menuju beban, arus sekunder pada CT1 (I1) dan arus sekunder pada
CT2 (I2) mengalir menuju rele dalam arah yang berlawanan seperti gambar (a),
Ir = I1 – I2
Oleh karena pemilihan rating sekunder dari masing-masing CT dipilih sama besar arusnya, maka I1 = I2 sehingga Ir = 0 (rele tidak bekerja).
• Untuk keadaan gangguan diluar daerah proteksi :
Seperti terlihat pada Gambar 3.17 (b), arus jaringan I menuju titik gangguan, akan tetapi arus sekunder masing-masing CT1 dan CT2 masih dalam arah yang
berlawanan (sama halnya pada keadaan normal), dengan demikian rele tidak bekerja. Rele akan bekerja apabila arah arus sekunder pada CT1 dan CT2
ketemu pada salah satu kumparan rele saja.
• Untuk keadaan gangguan di dalam daerah yang diproteksi : Seperti diperlihatkan pada Gambar 3.18 :
Gambar (3.18) keadaan gangguan didalam daerah yang diproteksi
Arus gangguan dari sumber satu dan sumber lainnya menuju titik gangguan. Arus sekunder CT1 (I1) mengalir seperti keadaan semula (keadaan
normal). Sedangkan arus sekunder pada CT2 (I2) berbalik arah dikarenakan arah
arus pada CT selalu berlawanan dengan arah arus dari sumber (lihat gambar 3.16a dan Gambar 3.18), dengan demikian arus pada I1 dan I2 bertemu, sehingga arus
yang masuk ke rele adalah :
BAB IV
PENGGUNAAN RELE DIFFERENSIAL TIPE 7UT24 UNTUK
PROTESI TRANSFORMATOR TENAGA
4.1 Rele Differensial Tipe 7UT24
Rele Differensial merupakan pengamatan utama (main Protection) pada transformator tenaga (daya). Hal ini disebabkan oleh karena dapat diandalkan selektifitas dan sensitifitas pengamanannya dari gangguan hubung singkat yang terjadi di sekitar trafo tenaga.
Pada transformator tenaga di pembangkit PLTGU sektor Belawan Rale yang digunakan adalah Rele Differensial tipe 7UT24 produksi keseimbangan arus dengan membandingkan jumlah arus yang masuk dengan jumlah arus yang keluar pada sisi primer dan sisi skunder dari transformator tenaga. Bila terjadi perbedaan arus antara kedua penjumlah arus yang ada pada rangkaian Rele Differensial tipe 7UT24 maka rele akan bekerja. Rele tidak bekerja (dalam keadaan normal) apabila jumlah arus di kedua sisi kumparan primer dan skunder sama (I1 dan I2).
Agar sesuai dengan penggunaannya rele dibantu dengan dua buah trafo arus (CT1 dan CT2) untuk menyamakana besarnya arus di keduasisi trafo tenaga.
Gambar (4.1). (a) Rele Differensial tipe 7UT24,
(b) Trafo pencocok tipe 4AM5170-7AA
Pada level indikator “triped” dapat disesuaikan dengan steping switch untuk memilih batas arus seeting IA (delayed tripping) sebesar 0.2 ~ 0,5 x IN
dengan arti apabila arus IA dipilih sebesar 0,3 dengan menekan lubang pada
steping switch dengan menggunakan pin-plung maka pada sat terjadi gangguan rele akan bekerja bila perbedaan arus yang masuk pada rangkaian sebesar
N
I x 0,3
Pada Indikator Reset, apabila gangguan telah dapat diamankan hingga gangguan pada system dapat diperbaiki (system dalam keadaan normal) maka pada tombol reset dapat ditekan untuk menandakan bahwa rele kembali dalam keadaan stand by dalam mengamankan daerah yang dilindungi.
4.2 Data-Data Listrik Yang Digunakan
Perolehan data yagn didapat oleh penulis adalah dengan mengadakan survey langsung ke PLTGU Sektor Belawan.
4.2.1 Impedansi Konduktor (Zk)
• Panjang saluran yang dilindungi : sisi primer = 100 m Sisi skunder = 100 m
• Z1/Km=0,0397+ j0,2778= (0,0397)2+(0,2778)2 =0,2806Ω/Km
• Z0/Km=0,2842+j1,0895= (0,2842)2 +(1,0895)2 =1,1259Ω/Km
4.2.2 Transformator Tenaga
4.2.3 Trafo Arus (Ct) dan Trafo Arus (ACT)
Untuk besaran arus pada system daya yang diamankan biasanya diubah oleh trafo arus ketingkat yang lebih rendah guna keperluan pengoperasian rele. Data ratio trafo arus yang digunakan adalah :
• Trafo Arus (CT)
- sisi primer trafo tenaga = Rasio CT1 9500/1A
- sisi skunder trafo tenaga = Rasio CT2 2000/1A
• Trafo arus Bantu (ACT) Rasio belitan = 33/11 belitan
4.3 Perhitungan Arus Gangguan
4.3.1 Menghitung Impedansi Sumber
Impendansi sumber adalah impedansi yang berasal dari sisi tegangan tinggi. Untuk mencari impedansi sumber harus diketahui data singkat system dalam MVA. Harga MVA hubung singkat system pada bus 155kV yagn diperoleh dari PT. PLN Sektor Belawan pada kondis maksimum adalah 8984,88 MVA. Sehingga harga impedansi sumber di sisi skunder trafo 155 kV adalah :
2,67Ω (8984,88)
(155) MVA
KV
Zs 2
2
2 2
= =
=
Vp . Ip = Vs . Is
4.3.2 Menghitung Impedansi Transformator
Nilai tegangan impedansi pada transformator dengan kapasitas 172 MVA adalah 12 %. Untuk menentukan harga impedansi transformator dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
)
UN = Tegangan pengenal dari belitan trafo (KV)
SN = Kapasitas daya trafo (MVA)
Impedansi trafo pada sisi tegangan 10,5 kV
Impedansi trafo pada sisi tegangan 155 kV
Karena hubungan antara netral dan tanah terhubung langsung maka harga impedansi urutan transformator adalah Ztr = Ztr1 = Ztr2 = Ztro
4.3.3. Menghitung Impendansi Konduktor
Impendasi konduktor yang akan di hitung tergantung dari besarnya impedansi per Km dari panjang saluran yang di lindungi oleh rele differensial. Pada jaringan distribusi 10,5 kV/155 kV yang di pasok dari Belawan-P. Pasir jenis konduktor yang digunakan adalah tipe Drake 400 mm2. besarnya nilai impedansi
konduktor yang digunakan dapat dilihat pada Table 4.1 yang merupakan impedansi urutan positif, negative dan impedansi urutan nol.
Table 4-1 Impedansi konduktor urutan positif, negative, dan urutan nol
Over head line (segmen)
Panjang (Km)
Ipedansi urutan (+) dan (-)
Impedensi urutan nol R1 X1 Z1 R0 X0 Z0
Belawan-P.Pasir 0,1 0,0397 0,2778 0,2806 0,2842 1,0895 1,1259 Untuk impendansi konduktor berdasarkan lokasi gangguan yang di asumsikan terjadi di dua sisi dari panjang saluran dapat dihitung.
Pada sisi tegangan 10,5 kV
Z1k = Z2k = (0,1 km) . (0,2806 ohm/km) = 0,02806 ohm
Pada sisi tegangan 155 kV
Z1k = Z2k = (0,1 km) . (0,2806 ohm/km) = 0,02806 ohm
Z0k = (0,1 km) . (1,1259 ohm/km) = 0,11259 ohm
4.3.4. Menghitung Arus Gangguan Hubung Singkat
Gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi dalam jaringan sisitem kelistrikan ada empat yaitu gangguan hubung singkat 3∅, 2∅, 2∅ - t, 1∅ - t. dalam perhitungan ini penulis hanya menghitung gangguan hubung singkat 2∅ dan 1∅ - t.
Untuk mempermudah menghitung gangguan terssebut maka impendansi yang digunakan adalah impendansi ekivalen yaitu harga penjumlahan dari impendansi system sampai dengan titik gangguan.
Persamaan impendansi ekivalen adalah: Z1ek = impendansi ekivalen jaringan positif
= Z1s + Z1tr + Z 1k
Z2ek = impendansi ekivalen jaringan negatif
= Z2s + Z2tr + Z 2k
Z0ek = impendansi ekivalen jaringan urutan nol
= Z0s + Z0tr + Z 0k
Maka impendansi ekivalen pada kedua sisi tegangan sumber adalah Pada sisi tegangan 10,5 kV
Z1ek = 0,012 + 0,077 + 0,02806 = 0,11706 ohm
Z2ek = 0,012 + 0,077 + 0,02806 = 0,11706 ohm
Pada sisi tegangan 155 kV
Z1ek = 2,67 + 16,76 + 0,02806 = 19,4580 ohm
Z2ek = 2,67 + 16,76 + 0,02806 = 19,4580 ohm
Z0ek = 2,67 + 16,76 + 0,11259 = 19,542 ohm
Sehingga besar impedansi ekivalen dapat dilihat pada Tabel 4.2 dibawah ini.
Tabel 4.2 Impedansi ekivalen urutan positif, negatif, dan urutan nol
Lokasi gangguan di kedua sisi tegangan
Z1ek=Z2ek Z0ek
Sisi tegangan 10,5 kv 0.11706 0,20159 Sisi tegangan 155 kv 19,4580 199,542
4.3.4.1. Gangguan hubung singkat dua fasa
Rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya arus gangguan hubung singkat dua fasa didua lokasi gangguan yaitu :
ek
Pada lokasi gangguan disisi tegangan 10,5 kV
23412
Pada lokasi gangguan disisi tegangan 155 kV
4.3.4.2. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah
Rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya arus gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah di dua lokasi gangguan adalah :
ek ek ek
ph f
Z Z Z
V I
0 2 1
. 3
* 3
+ =
Pada lokasi gangguan disisi 10,5 kV
Pada lokasi gangguan disisi 155 kV
2.5 Perhitungan Penyetingan Kerja Rele Differensial tipe 7UT24
Pada sisi tegangan 10,5 kV (sisi primer trafo tenaga)
Pada sisi tegangan 155 kV (sisi skunder trafo tenaga)
A
Untuk menyamakan besar arus pada Isec (ct1) maka pada ct2 ditegangan 155 kV
digunakan transformator pencocok atau dikenal dengan ACT, dengan rasio belitan sebesar 33/11 belitan. Maka besar arus pada I2 disisi skunder trafo pencocok
adalah :
Jadi arus yang mengalir pada Isec (ct1) sama dengan arus yang mengalir pada Isec
(ct2) dengan bantuan trafo pencocok sama besarnya sebesar 1A. Seperti terlihat
Gambar (4.2). Diagram rangkaian rele differensial
4.4 Pemeliharaan Rele Differensial Sebagai Proteksi Transformator Di
PLTGU Sektor Belawan
Transformator Di PLTGU Sektor Belawan
Pemeliharaan peralatan rele proteksi pembangkit pada dasarnya dilakukan pada kurun waktu rutin setiap tahun dengan keadaan pembangkit tidak beroperasi.
Dilakukan dengan cara : Untuk rele differensial
- Membersihkan tutup panel rele
- Membersihkan komponen-komponen rele dengan debu/kotoran
- Melakukan pengujian pada posisi seting dan membandingkan hasilnya dengan karakteristik dalam buku petunjuk pabriknya.
Dilakukan dengan cara : Untuk rele differensial
- Mengukur tahanan isolasi tegangan Ac dan DC - Memeriksa terminal sambungan kabel
- Mengukur tahanan isolasi tegangan DC dari rele kerangkaian trafo arus - Tes rangkaian trip serta menguji rangkaian trafo arus dan trafo bantu
BAB V
KESIMPULAN
1. Suatu rele proteksi dapat bekerja dengan baik dalam melaksanakan tujuan atau fungsinya ,maka rele proteksi harus memenuhi persyaratan antara lain : selektif ,dapat di handalkan, cepat, dan peka (sensitif) dalam pengamananya .
2 Prinsip kerja dasar dari rele difrential didasarkan pada perbedaan antara arus yang mengalir pada kedua sisi transfomator melalui suatu perantara yaitu trafo arus ( CT ).
3. Dalam pengamananya rele difrential hanya bekerja apabila keadaan gangguan berada didalam daerah proteksinya , dimana batas keamanan nya terletak dianatara CT 1 dan CT 2 .Untuk keadaan gangguan diluar daerah proteksi rele difrential tidak bekerja sehingga rele ini di golong-kan sebagai proteksi utama .
maka pada saat terjadi gangguan hubung singkat rele akan bekerja apabila perbedaan arus yang masuk pada rangkaian sebesar ΔI = 0,3 x 1 A = 0,3 A dimana In yang diperoleh adalah sebesar 1A.
5. Dari analisa perhitungan gangguan hubung singkat diantara kedua sisi trafo didapat :
1 besar nilai gannguan sangat dipengaruhi oleh besarnya impedansi sistim ,impedansi transfomator ,dan inpedansi konduktor .
DAFTAR PUSTAKA
1. William D. Stvenson ,Jr “ Analisa Sistem Tenaga “ edisi ke- 4, Oleh Ir. Kamal Idris ,Erlangga 1996.
2. Turan Gonen “ Modern Power System Analisis “ Jhon Wiley & Sons ,Canada 1988.
3. Diktat Kuliah Proteksi Sistem Tenaga 4. Diktat Kuliah Transformator
