SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI TRANSFORMATOR PADA PT WIRE ROD MILL

SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI TRANSFORMATOR PADA PT WIRE ROD MILL

M.Azamul Faiz Dinul Haq K

¹

, Ir. Bambang Winardi

²

1Mahasiswa dan ²Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Email : 2106110141014@muhammad.azzam26@gmail.com Abstrak

Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangan- tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.

Untuk menyelesaikan studi aliran daya, metode yang sering digunakan adalah metode Gauss-Seidel dan metode Newton Raphson. Metode Newton Raphson lebih cepat mencapai nilai konvergen sehingga proses iterasi yang berlangsung lebih sedikit.

Pada Laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas tentang simulasi aliran daya pada PT Wire Rood Mill dengan menggunaka software ETAP 7.0. Adapun metode aliran daya yang digunakan adalah metode newton- raphson.

Selain itu untuk menjaga kosistensi tenaga listrik yang merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini, oleh karenanya tenaga listrik harus tersedia secara ekonomis dengan memperhatikan mutu baik tegangan maupun frekwensi dan keandalan Untuk menjaga kelangsungan tenaga listrik diperlukan sistem proteksi yang sesuai dengan kebutuhan, Fungsi proteksi adalah untuk melokalisir gangguan jadi hanya daerah yang terganggu saja yang dibebaskan dari rangkaian tenaga listrik dan juga harus mempertimbangkan tingkat keamanan terhadap peralatan, stabilitas tenaga listrik dan juga keamanan terhadap manusia.

Sistem pengamanan elektris atau rele adalah suatu susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan.. Jika bahaya itu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal.

Transformator tenaga merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang wajib memiliki sistem proteksi. Mengingat begitu pentingnya tugas dari peralatan itu sendiri juga karena trafo merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang sangat mahal. Pada transformator tenaga

terdapat rele mekanik dan juga rele elektris sebagai pengamannya. Diharapkan dengan adanya sistem proteksi ini gangguan yang terjadi disekitar transformator tenaga dapat diminimalisir.

Kata kunci:Aliran daya, newton-raphson, ETAP Sistem Pengamanan Elektris, Transformator Tenaga, Rele Elektris, Rele Mekanis

I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangan-tegangan pada setiap

bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.

1.2 Tujuan

Mengetahui dan bisa menjalankan software ETAP Power Station untuk menganalisa aliran daya.

Mengetahui losses, drop tegangan, dan total demand daya serta sistem proteksi transformator daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau Stell TBK.

1.3 Pembatasan Masalah

Makalah ini membahas mengenai sitem proteksi transformator yang digunakan pada PT Wire Rood Mill dan analisis aliran daya pada PT Wire Rood Miil dengan menggunakan ETAP Power Station 7.0. Metode aliran daya yang digunakan adalah Newton-Raphson.

II. DASAR TEORI

2 DASAR TEORI

2.1 Studi Aliran Daya listrik

Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang (Stevenson,1996).

Adapun tujuan dari studi analisa aliran daya antara lain (Sulasno,1993):

a. Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan.

b. Untuk mengetahui daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam sistem.

c. Untuk mengetahui kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.

d. Untuk memperoleh kondisi mula pada perencanaan sistem yang baru.

e. Untuk memperoleh kondisi awal untuk studi-studi selanjutnya seperti : studi hubung singkat, stabilitas, dan pembebanan ekonomis.

Beberapa hal di atas inilah yang sangat diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang dari sistem guna perencanaan perluasan sistem yang akan datang.

Persamaan umum untuk arus yang mengalir menuju suatu bus adalah (Pai,1979) :

I1 = Y11 V1 + Y12 V2 + Y13 V3 + … + Y1nVn

I2 = Y21 V1 + Y22 V2 + Y23 V3 + … + Y2n Vn

I3 = Y31 V1 + Y32 V2 + Y33 V3 + … + Y3n Vn

. . . . .

. . . . .

. . . . .

In = Yn1 V1 + Yn2 V2 + Yn3 V3 + … + Ynn Vn

(1) atau dapat juga ditulis dengan persamaan berikut :

∑ (2) Daya kompleks pada bus p tersebut adalah : Sp = Pp + jQp = Vp Ip

* (3)

dengan memasukkan Persamaan (2) ke Persamaan (3) akan menghasilkan :

∑ (4)

Apabila bagian real dan imajiner dari Persamaan (4) dipisahkan maka akan diperoleh :

[ ∑ ] (5)

[ ∑ ] (6)

apabila impedansi dinyatakan dalam bentuk siku-siku maka :

Ypq = Gpq + jBpq

sehingga persamaan daya pada Persamaan (5) dan (6) akan menjadi:

| | ∑ | |[ ( )

( )] (7)

| | ∑ | |[ ( )

( )] (8)

Metode Newton Raphson

Pada metode Newton Raphson, slack bus diabaikan dari perhitungan iterasi untuk menentukan tegangan-tegangan, karena besar dan sudut tegangan pada slack bus telah ditentukan. Sedangkan pada generator bus , daya aktif dan magnitude tegangan bernilai tetap, sehingga hanya daya reaktif yang dihitung pada setiap iterasinya. Dalam analisa aliran daya, ada dua persamaan yang harus diselesaikan pada tiap-tiap bus. Kedua persamaan itu adalah seperti pada Persamaan (7) dan Persamaan (8).

Dalam penyelesaian iterasi pada metode Newton Raphson, nilai dari daya aktif (Pp) dan daya reaktif (Qp) yang telah dihitung harus dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan, dengan persamaan berikut (Pai,1979):

| | ∑ | |[ ( ) ( )] (9)

| | ∑ | |[ ( ) ( )] (10)

dimana superskrip spec berarti yang ditetapkan (specified) dan calc adalah yang dihitung (calculated).

Proses iterasi ini akan berlangsung sampai perubahan daya aktif (ΔPp) dan perubahan daya reaktif (ΔQp) tersebut telah mencapai nilai konvergen (ε ) yang telah ditetapkan. Pada umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai 0,0001. (Sulasno,1993).

Matrik Jacobian terdiri dari turunan parsial dari P dan Q terhadap masing-masing variabel, besar dan sudut fasa tegangan, dalam Persamaan (7) dan Persamaan (8). Besar dan sudut fasa tegangan yang diasumsikan serta daya aktif dan daya reaktif yang dihitung digunakan untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian.

Setelah itu akan diperoleh harga dari perubahan besar tegangan, ^{| |}_{| |}, dan perubahan sudut fasa tegangan, Δδ.

Secara umum persamaan tersebut dapat ditulis sebagai berikut (Pai,1979):

[

]_{( )} [

]_{( )}[

| |

| |

]

( )

(11) Submatrik H, N, J, L menunjukkan turunan parsial dari Persamaan (7) dan (8) terhadap |V | dan δ, dimana matrik tersebut disebut matrik Jacobian. Nilai dari masing- masing elemen Jacobian sebagai berikut (Pai,1979):

a. Untuk p ≠ q

| || |[ ( )

( )]

| | | || |[ ( )

( )]

| || |[ ( )

( )]

| | | || |[ ( )

( )]

(12)

b. Untuk p = q

| |

| | | |

| |

| | | | (13)

dengan :

| | ∑ | |[ ( )

( )]

| | ∑ | |[ ( )

( )]

2.2 Sistem Proteksi Tenaga Listrik

sistem proteksi tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dilakukan kepada peralatan-peralatan listrik yang terpasang pada suatu sistem tenaga misanya generator, transformator jaringan, dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain : hubung singkat, tegangan lebih,

beban lebih, frekuensi sistem rendah, asinkron dan lain-lain.

2.2.1 Syarat Sistem Proteksi

Suatu proteksi sistem tenaga dipilih berdasarkan syart-syrat berikut:

a. Selektifitas (slektiity), hanya mendeteksi dan mengisolasi peralatan yang mengalami gangguan

b. Keandalan (reliability), sistem proteksi yang handal didasarkan pada 2 hal yaitu:

- Terpercaya (dependability), tidak boleh gagal bekerja - Aman (security), tidak boleh

trip saat memang tidak terjadi gangguan .

c. Kecepatan (speed), beroperasi secepat mugkin untuk mengurangi dampak waktu kegagalan produksi dan memastikan keaman para pekerja.

d. Kepekaan (sensitivity), mendeteksi gangguan sekecil apapun,baik arus atau ketidaknormalan sistem dan beroperasi setelannya.

2.2.2 Komponen Dasar Sistem Proteksi Ada 5 komponen dasar dari sistem proteksi tenaga listrik yaitu:

a. Relai berfungsi sebagai pengubah sinyal dari alat pemantau dan memberikan perintah untuk membuka rangkaian saat terjadi gangguan.

b. Trafo arus dan trafo tegangan berfungsi untuk memantau dan memberikan data yang akurat tentang kesehatan sistem.

c. Pengaman Lebur (fuse)

Fuse dapat menghancurkan diri (putus/melebur) untuk mengamankan perlengkapan yang terlindungi.

d. Pemutus tenaga (PMT)

Berfungsi untuk menyalurkan arus dalam jumlah yang besar kedalam rangkain dan memutus rangkaian ketika terdapat arus gangguan berdasarkan perintah dari relai.

e. Baterai DC

Baterai DC memberikan catu daya kepada relai dan kontrol pemutus PMT.

2.3 Transformator Tenaga

Transformator tenaga merupakan suatu alat listrik yang berfungsi untuk menaikan atau menurunkan teganggan bolak-balik melalui suatu gandengan magnet dan bedasarkan prinsip induksi elaktro magnet

Gamabar 1 Transformator

Ada beberapa jenis transformator tenaga yaitu:

a. Transformator step-down b. Transformator step-up c. Autotransformator

d. Autatransformator variabel e. Transformator isolasi f. Transformator pulsa

g. Transformator Tiga fasa Suatu transformator tenaga terdiri dari beberapa bagian.

a. Bagian utama : 1. Inti Besi

2. Kumparan Transformator 3. Minyak transformator 4. Bushing

5. Tangki konservator b. Peralatan Bantu : 1. Pendingin

2. Tap changer 3. Alat Pernapasan 4. Indikator-indikator c. Peralatan Proteksi 1. Rele bucholtz

2. Rele sudden pressure 3. Rele thermis

4. Rele differensial 5. Rele over current 6. Rele hubung tanah

d. Peralatan Tambahan 1. Pemadam kebakaran 2. Arrester

2.4 Gangguan Pada Transformator tenaga Gangguan pada tranformator tenaga dikelompokan menjadi 2 (dua) bagian yaitu :

a. Gangguan Internal

Gangguan internal adalah gangguan yang terjadi di dalam transformer tenaga itu

sendiri. Gangguan internal dapat berupa :

 Incipient fault

 Gangguan hubung singkat

b. Gangguan eksternal

Gangguan yang tejadi di luar transformator tenaga (pada sistem tenaga listrik) tetapi dapat menimbulkan gangguan pada transformator yang bersangkutan. Gangguan yang dapat di golongkan dalam gangguan eksternal ini adalah sebagai berikut:

- Gangguan hubung singkat di luar transformator.

- Beban lebih (over load) - Gelombang surja

III. SIMULASI ALIRAN DAYA DENGAN MENGGUNAKAN ETAP DAN SISTEM PROTEKSI TRAFO ABB 30 W

3.1 Single Line Diagram PTKS-WRM

Gambar 2 Single line diagram pabrik Wire Rod M

3.2 Hasil Simulasi dengan Menggunaka ETAP

Tabel 1Daya yang mengalir pada bus

Bus Generation Load

Load Flow

ID kV MW Mvar MW Mvar ID MW Mvar Amp %PF

Bus14 30,000 19,883 3,360 0 0 HV Distribution 19,883 3,360 388,1 98,6 Bus15 30,000 19,883 3,360 0 0 HV Distribution 19,883 3,360 388,1 98,6

Bus22 0,500 0 0 1,650 0,799 HV Distribution -1,650 -0,799 2104,8 90,0

Bus23 0,500 0 0 1,650 0,799 HV Distribution -1,650 -0,799 2104,8 90,0

Bus24 0,500 0 0 1,444 0,700 HV Distribution -1,444 -0,700 1884,9 90,0

Bus41 0,500 0 0 1,363 0,578 HV Distribution -1,363 -0,578 1720,2 92,1

Bus43 0,380 0 0 0,676 0,334 HV Distribution -0,676 -0,334 1149,3 89,7

Bus50 0,380 0 0 0,690 0,289 HOV 22 -0,690 -0,289 1164,9 92,2

Bus58 0,380 0 0 0 0 HOV 21 -1,774 -0,791 3104,5 91,3

LV distrib. rough

&inter 0,602 0,266 1052,1 91,5

LV Distribution

CO2-C22 0,768 0,339 1341,6 91,5

LV Distribution

DO2-D22 0,119 0,053 208,4 91,3

LV Distribution

Oil 0,285 0,133 502,5 90,6

Bus71 0,380 0 0 0,487 0,216 LV Distrib.Furn&

Wtr Pl 2 -0,487 -0,216 852,1 91,4

Bus91 0,380 0 0 1,442 0,588 Water Suplai -1,442 -0,588 2457,3 92,6

Bus92 0,380 0 0 2,136 0,931 Water Suplai -2,136 -0,931 3677,1 91,7

Bus106 6,000 0 0 0 0 Bus110 3,321 1,234 337,1 93,7

Bus110 3,321 1,234 337,1 93,7

HV Distribution -6,642 -2,467 674,2 93,7

Bus110 1,470 0 0 6,609 2,065 Bus106 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

Bus106 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

Bus124 6,000 0 0 0 0 Bus125 3,321 1,234 337,1 93,7

Bus125 3,321 1,234 337,1 93,7

HV Distribution -6,642 -2,467 674,2 93,7

Bus125 1,470 0 0 6,609 2,065 Bus124 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

Bus124 -3,304 -1,032 1375,9 95,5

D0 E11-14 0,700 0 0 1,889 1,171 HV Distribution -1,889 -1,171 1879,2 85,0

HOV 21 0,380 0 0 0 0 HV Distribution -3,119 -1,379 5451,4 91,5

Bus58 1,774 0,791 3104,5 91,3

LV Distrib.Furn&

Wtr Pl 2 1,345 0,588 2347,0 91,6

HOV 22 0,380 0 0 1,105 0,487 HV Distribution -1,795 -0,776 3045,4 91,8

Bus50 0,690 0,289 1164,9 92,2

HOV 23 0,380 0 0 1,148 0,471 HV Distribution -1,148 -0,471 1900,4 92,5

HV Distribution 6,000 0 0 0,000 -

15,906 Bus14 -19,799 -1,816 1891,8 99,6

Bus15 -19,799 -1,816 1891,8 99,6

Water Suplai 3,978 2,057 426,1 88,8

HOV 22

1,808

^{0,916 192,9 89,2}

HOV 21

3,172

^{1,761 345,3 87,4}

HOV 23

1,154

0,518 120,4 91,2

Bus43

0,677

^{0,357 72,8 88,5}

Bus41

1,368

^{0,631 143,3 90,8}

intermediatemill

14-17L1

1,785

^{0,991 194,3 87,4}

intermediatemill

14-17L2

1,785

^{1,242 206,9 82,1}

stelmor blower

1,678

^{0,758 175,2 91,1}

D0 E11-14

1,896

^{1,309 219,2 82,3}

prefinishl1

1,115

^{0,752 127,9 82,9}

prefinishl2

1,116

^{0,736 127,1 83,5}

Bus23

1,664

^{0,898 179,9 88,0}

Bus22

1,664

0,898 179,9 88,0

Bus24

1,456

^{0,779 157,1 88,2}

Bus106

6,642

^{2,467 674,2 93,7}

Bus124

6,642

^{2,467 674,2 93,7}

intermediatemill

14-17L1 0,700 0 0 1,778 0,861 HV Distribution

-1,778

^{-0,861 1665,0}

intermediatemill

14-17L2 0,700 0 0 1,778 1,102 HV Distribution -1,778 -1,102 1729,5

LV

Distrib.Furn&

Wtr Pl 2

0,380 0 0 0,858 0,372 HOV 21

-1,778

^{-1,345 -0,588 2347,0}

Bus71 0,216 852,1 91,4

LV distrib.

rough &inter 0,380 0 0 0,602 0,266 Bus58

-1,345

^{-0,602 -0,266 1052,1}

LV Distribution

CO2-C22 0,380 0 0 0,768 0,339 Bus58

-0,768 -0,339 1341,6

LV Distribution

DO2-D22 0,380 0 0 0,119 0,053 Bus58

0,487

^{-0,119 -0,053 208,4}

LV Distribution

Oil 0,380 0 0 0,285 0,133 Bus58

-0,602

-0,285 -0,133 502,5 prefinishl1 0,840 0 0 1,111 0,689 HV Distribution

-1,111 -0,689 868,2

prefinishl2 0,840 0 0 1,111 0,689 HV Distribution

-0,768

^{-1,111 -0,689 862,8}

stelmor blower 0,840 0 0 1,668 0,579 HV Distribution

-1,668 -0,579 1251,5

Water Suplai 0,380 0 0 0,345 0,150 HV Distribution

-0,119

-3,923 -1,668 6727,3

Bus91 0,588 2457,3 92,6

Bus92

-0,285

^{0,931 3677,1 91,7}

Dari tabel di atas dapat dilihat daya yang mengalir pada tiap bus. Besarnya daya yang mengalir tergantung pada beban yang terpasang pada bus tersebut. Pada beberapa bus besarnya nilai beban sebesar 0 (nol), hal ini disebabkan karena daya yang masuk pada bus tersebut sama dengan daya yang keluar dari bus tersebut.

Tabel 5.5 Hasil simulasi tegangan dan beban pada tiap bus

Bus Voltage

ID kV %Mag Ang.

Bus14 30 100 0,0

Bus15 30 100 0,0

Bus22 0,5 100,58 -6,9

Bus23 0,5 100,58 -6,9

Bus24 0,5 98,32 -6,7

Bus41 0,5 99,38 -6,1

Bus43 0,38 99,61 -5,9

Bus50 0,38 97,57 -7,8

Bus58 0,38 95,03 -9,5

Bus71 0,38 95,03 -9,5

Bus91 0,38 96,28 -11,0

Bus92 0,38 96,28 -11,0

Bus106 6 101,13 -4,4

Bus110 1,47 98,82 -7,4

Bus124 6 101,13 -4,4

Bus125 1,47 98,82 -7,4

D0 E11-14 0,7 97,53 -7,2

HOV 21 0,38 95,03 -9,5

HOV 22 0,38 97,57 -7,8

HOV 23 0,38 99,18 -6,2

HV

Distribution 6 101,13 -4,4 intermediatemi

ll 14-17L1 0,7 97,85 -7,6 intermediatemi

ll 14-17L2 0,7 99,74 -7,4 LV

Distrib.Furn& 0,38 95,03 -9,5

Wtr Pl 2 LV distrib.

rough &inter 0,38 95,03 -9,5 LV

Distribution CO2-C22

0,38 95,03 -9,5 LV

Distribution DO2-D22

0,38 95,03 -9,5 LV

Distribution Oil

0,38 95,03 -9,5 prefinishl1 0,84 103,48 -6,6 prefinishl2 0,84 104,14 -6,0 stelmor blower 0,84 97 -9,5 Water Suplai 0,38 96,28 -11,0

Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa, terdapat beberapa bus yang yang masuk dalam kondisi over voltagedan under voltage. Seperti pada bus prefinishl1 dan prefinishl2 dimana rating/limitpada bus tersebut sebesar 0,84 kV namun pada bus tersebut beroprasi masing-masing yaitu 0,869 kV dan 0,875 kV sehingga bus tersebut termasuk dalam kondisi Over voltage. Akan tetapi profil tegangan masih dalam batas toleransi ± 5%.

Tabel 5.6Losses dan drop voltage

ID Type

Losses Vd % drop

in Vmag kW kVar

finishing L1 Trafo 16,594 201,4 2,31 finishingL1 Trafo 16,594 201,4 2,31 Finishing

L2 Trafo 16,594 201,4 2,31

finishing L2 Trafo 16,594 201,4 2,31

H1- T11 Trafo 83,004 1543,9 1,13 H2-T11 Trafo 83,004 1543,9 1,13

T2 Trafo 54,701 388,3 4,85

T 3 Trafo 13,121 140 3,56

T 4 Trafo 53,88 382,4 6,1

T 5 Trafo 6,548 46,5 1,95

T 6 Trafo 1,229 22,9 1,52

T 7 Trafo 4,97 53,0 1,75

T 8 Trafo 7,001 130,2 3,28

T 9 Trafo 7,554 140,5 1,39

T 10 Trafo 9,621 178,9 4,13

T 11 Trafo 7,432 138,2 3,6

T 12 Trafo 3,426 63,7 2,35

T 13 Trafo 4,411 47,1 3,01

T 14 Trafo 13,906 98,7 0,55

T 15 Trafo 13,906 98,7 0,55

T 17 Trafo 11,152 79,2 2,81

Total 45,24 5.901,7 0

Dari tabel di atas dapat mengetahui bahwa semakin besar beban maka lossesnya akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan pada saat beban bertambah maka arus akan bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran (I²R) akan semakin besar pula.

Tabel 5.7 Total Beban dan losses

MW MVar MVA

Source 19,883 3,360 20,164 Demand 19,883 3,360 20,164

Load 39,765 6,72 46,782

Losses 0,445 5,902

Total demand pada Pabrik Wire Rod Mill sebesar 19,883 MW dan 3,360MVar, Sedangkan lossesnya sebesar 0,445 MW dan 5,902 MVar.

3.3 Sistem Proteksi Transformator Transformator tenaga adalah alat untuk mengkonversi nilai tegangan dan arus listrik ke nilai tegangan dan arus listik yang berbeda secara magnetik.

Seperti halnya perlatan listrik yang lain pada transformator diperlukan peralatan pengaman yang dapat membebaskan tegangan pada trafo dari gangguan internal maupun ekstrenal.

Tujuan pengamanan trafo adalah : 1. Menghindari kerusakan pada trafo bila terjadi kegagalan alat

pengaman jaringan beban trafo saat terjadi gangguan hubung singkat.

2. Menghindari atau menekan sekecil mungkin kerusakan trafo akibat gangguan.

3. Menjaga stabilitas atau kontinuitas penyaluran tenaga listrik.

Pada transformator sendiri terdapat 2 jenis rele, yakni rele mekanik dan juga rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki fungsinya masing-masing.

3.3.1 Rele Mekanik 1. Rele Bucholz

Relai bucholz merupakan sistem proteksi yang khas untuk transformator, khususnya transformator minyak. Relai bucholtz adalah alat untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh :

a. Hubung singkat antar lilitan pada/

dalam fasa

b. Hubung singkat antar fasa

c. Hubung singkat antar fasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik

Gambar 3 rele bucholz Reli bucholz akan bekerja ketika :

- Terjadi akumulasi gas pada transformator akibat low-energey partial discarge , arus bocor, pemanasan lokal atau akibat kemasukan udara.

- Terjadi kebocoran oli transformator sehingga cairan isolasi transformator berkurang/habis

- Timbulnya gas dalam jumlah yang besar akibat dekomposisi minyak secara cepat karena terjadinya high –energy arc discharge.

2. Relai junsen

Relai ini memiliki konstruksi dan prinsip kerja yang sama dengan Relai Bucholz, tapi relai ini digunakan untuk mengamankan ruang On Load Tap Changer (OLTC) pada transformer. Sedikit berbeda dengan relai Bucholz, relai Jansen pada Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20 kV yang menjadi fokus penulis hanya memiliki 1 buah kontak. Relai Jansen ini tidak memiliki kontak untuk alarm, tapi hanya memiliki kontak untuk tripping coil yang akan langsung memutus circuit breaker / pemutus tenaga. Berikut ini adalah gambar dari relai Jansen.

Gambar 4 Relai Junsen 3. Relai Tekanan Lebih

Gangguan – gangguan berupa flashover dan hubung singkat internal (antar phasa atau antara phasa dan ground) biasanya diikuti dengan kenaikan tekanan yang signifikan

pada tangki transformer. Hal ini disebabkan oleh dekomposisi dan evaporasi minyak.Apabila tekanan lebih ini tidak bisa dieliminasi dalam waktu beberapa milidetik, akan terjadi panas berlebih pada minyak transformer atau lebih parah lagi akan menyebabkan tangki transformer meledak.

Oleh karena itu, Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus penulis dilengkapi oleh Relai Tekanan Lebihyang berfungsi untuk membatasi besar kenaikan tekanan saat terjadinya gangguan.

Relai ini bekerja oleh kenaikan tekanan gas yang tiba – tiba dan langsung mentripkan pemutus tenaga (PMT) jika tekanan di dalam tangki transformer mencapai 2,2 bar. Alat pengaman tekanan lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas, sebagai pengaman tangki transformator terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator. Berikut ini adalah gambar dari Relai Tekanan Lebih.

Gambar 5. Relai Tekanan Lebih

4. Relai Temperatur Belitan (Winding Temperature Relay) dan Relai Temperature Minyak

Untuk proteksi pembebanan berlebih, biasanya transformer dilengkapi dengan beberapa sensor suhu / thermometer yang dipasang pada bagian atas transformer.

Sensor – sensor suhu ini terhubung dengan relai temperatur minyak dan relai temperatur belitan yang memiliki kontak – kontak kipas angin (fan), alarm, dan tripping coil yang akan bekerja jika tercapai temperature abnormal atau temperature yang berbahaya.

Berikut ini adalah skema dan gambar relai temperatur minyak dimana sensor suhunya ditempatkan di dalam tangki tansformer bagian atas.

Gambar 6. Sekema Relai Temapetaur Minyak

Gambar 7. Relai Temperatur Minyak Temperatur belitan diukur dengan cara tidak langsung (indirect). Temperatur minyak diambil sebagai representasi dari

temperatur belitan, ditambah data pengukuran arus dari CT yang akan mengoreksi nilai temperatur belitan. Berikut ini adalah skema dan gambar relai temperatur belitan dimana sensor suhunya ditempatkan di dalam tangki tansformer bagian atas.

Gambar 8. Skema Relai Temperatur Belitan

Gambar 9. Gambar Relai Temperatur Belitan

Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus penulis memiliki satu buah relai temperatur minyak dan 2 buah temperatur belitan, satu buah untuk sisi High Voltage (HV) dan satu buah untuk sisi Low Voltage (LV). Tabel berikut ini menampilkan kontak – kontak relai yang akan bekerja pada temperatur – temperatur tertentu.

Temperatur (derajat

Celcius) Kontak yang Bekerja

90 Alarm step 1

105 Alarm step 2 (trip CB) 3.3.2 Relai Elektrik

1. Relai Difrensial

Relai diferensial sebuah transformer membandingkan arus input yang masuk ke transformer dan arus output yang keluar dari transformer. Relai akan bekerja (memutus circuit breaker / pemutus tenaga) jika arus differensial yang melewati relay lebih besar dari nilai tertentu, tergantung pada setting dari relai.Relai ini akan melindungi transformer dari gangguan internal dan gangguan hubung singkat (antar phasa atau phasa ke tanah) pada transformer. Berikut ini adalah skema pemasangan relai diferensial pada sebuah transformer tiga phasa.

Gambar 10. Skema Pemasangan Relai Diferensial

2. Relai Gangguan ke Tanah Terbatas (Restricted Earth Fault Relay)

Relai gangguan ke tanah terbatas berfungsi untuk mendeteksi gangguan internal dari sebuah transformer. Berikut ini adalah

skema pemasangan relai diferensial pada sebuah transformer tiga phasa.

Gambar 11. Skema Pemasangan Relai Gangguan ke Tanah Terbatas

3. Relai Arus Lebih (Over Current

Relay) dan Relai Gangguan ke Tanah (Earth Fault Relay)

Relai arus lebih /overcurrent relay(OCR) dan relai gangguan ke tanah /earth fault relay(GFR) adalah relai yang berfungsi sebagai proteksi back upterhadap relai diferensial dan relai relai gangguan ke tanah terbatas (restricted earth fault). Kedua relai ini berfungsi untuk melindungi transformer dari gangguan internal, gangguan hubung singkat eksternal, dan pembebanan berlebih yang terlalu tinggi.

Kedua relai ini tidak bisa membedakan antara gangguan – gangguan di atas, namun jika salah satu gangguan terjadi, relai – relai ini akan bekerja.

Berikut ini adalah dua skema pemasangan relai arus lebih (OCR) dan relai gangguan ke tanah (GFR) pada sebuah transformer tiga phasa dengan konfigurasi Y.

Gambar 12. Skema Pemasangan Relai Gangguan ke Tanah dan Relai Arus

Lebih

Gambar 13. Gam3bar Panel Relai Gangguan ke Tanah dan Relai Arus Lebih

CT – CT yang terlihat pada gambar di atas akan membaca arus yang mengalir pada belitan ketiga phasa dan netral transformer. Bila arus yang mengalir melewati nilai tertentu selama kurun waktu tertentu, relai akan bekerja dan memutus circuit breaker / pemutus tenaga.

Relai – relai ini tidak boleh bekerja (mentripkan PMT) pada kondisi operasi normal dari transformer

.

IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan

Kerja Praktek merupakan kegiatan yang bagus, karena para mahasiswa bisa terjun langsung ke lapangan dan melihat permasalahan- permaslahan yang ada. Permasalahan tersebut nantinya juga akan dirasakan para mahasiswa selepas kuliah nanti. Dan dari pelaksanaan Kerja Praktek yang telah kami lewati di PT Krakatau Steel Divisi WRM, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut ini :

1. Supply listrik untuk keperluan pabrik ini diambil dari PT Krakatau Daya Listrik dan dibantu juga oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN).

2. Supply tegangan dari gardu induk diturunkan secara bertahap mulai dari 30 kV sampai 380 V, 500 V, 700 V, 840 V, 1470 V menuju ke beban melalui transformator stepdown.

3. ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu perangkat lunak yang mendukung sistem tenaga listrik.Tujuan dari studi aliran daya penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang.

4. Semakin besar beban maka lossesnya akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan pada saat beban bertambah

maka arus akan bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran ( ) akan semakin besar pula.

5. Terdapat 2 kondisi peringatan load flow pada software ETAP ini, yaitu critical dan marginal, yang jika terlampaui maka dapat menyebabkan kerusakan atau kegagalan operasi.

6. Total beban yang diterima gardu induk PT. Krakatau Daya Listrik sebesar 19,883 MW dan 3,360 Mvar.

DAFTAR PUSTAKA

[1] John J. Grainger, William D. Stevenson, Jr.,

“Power System Analysis”, McGraw-Hill Inc, 1994

[2] Hadi Saadat, “Power System Analysis”, McGraw-Hill Inc, 1999

[3] Turan Gonen, “Modern Power System Analysis”, John Wiley & Sons, 1988 [4] Sulasno, Ir. “Analisis Sistem

tenaga”,Semarang: Badan Penerbit Universitas Diponegoro, 1993

[5] Sulasno, Ir. “Sistem Distribusi Tenaga Listrik”,Semarang: Satya Wacana, 1993

BIODATA PENULIS

M.Azamul Faiz Dinul Haq, lahir di Brebes 26 Maret 1992. Menempuh pendidikan di SD Negeri Mendala I , SMP

Muhammadiyah Sirampog , SMA

Muhammadiyah Bumiayu dan sekarang sebagai mahasiswa Teknik Elektro Universitas

Diponegoro

Semarang, 18 Desember 2013 Mengetahui,

Dosen Pembimbing

Ir. Bambang Winardi 19610616 199303 1 002