SISTEM LISTRIK RSG-GAS
Mendukung Operasi Reaktor
Disusun oleh:
Yan Bony Marsahala
Perekayasa Madya-Bidang Sistem Reaktor
Pusat Reaktor Serba Guna
BATAN
Serpong, Agustus 2007
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR
1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Sumber Penyedia Daya ... 1
1.2 Moda Operasi ... 1
1.3 Modifikasi Sistem ... 2
1.3.1 Transformator Daya ... 2
1.3.2 Panel Hubung Tegangan Menengah ... 3
1.3.3 Modifikasi panel distribusi, jalur distribusi dan beban. ... 3
2 PANEL HUBUNG TENGANGAN MENENGAH ... 6
2.1 Fungsi ... 6
2.2 Pemutus Daya ... 6
2.3 Sakelar Pemisah ... 6
2.3.1 Coupler ... 6
2.3.2 Sakelar Utama ... 6
2.3.3 Rangkaian Pengendali Motor ... 6
2.4 Kapasitas Pemutus Daya ... 7
2.5 Modifikasi PHTM ... 9
2.5.1 Alasan modifikasi ... 10
2.5.2 Spesifikasi peralatan ... 10
2.5.3 Hasil modifikasi ... 10
2.6 Operasional Pemutus Daya ... 11
2.6.1 Sistem interlock ... 14
2.7 Prosedur Operasional PHTM ... 15
3 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BHT10/20/30 ... 16
3.1 Pengantar ... 16
3.2 Teori Dasar Transformator. ... 16
3.2.1 Perbandingan Transformasi Tegangan ... 17
3.3 Penuaan Transformator ... 19
3.3.1 Faktor-faktor penyebab penuaan transformator. ... 20
3.3.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi percepatan penuaan. ... 20
3.4 Spesifikasi transformator BHT10/20/30 ... 21
3.5 Dasar perawatan transformator ... 21
3.5.1 Temperatur: ... 21
3.6 Dampak Penuaan Transformator ... 22
3.7 Tindakan Memperlambat Proses Penuaan. ... 22
3.7.1 Contoh memperlambat proses penuaan transformator BHT01 ... 22
3.8 Beban Transformator ... 23
4 SISTEM DISTRIBUSI DAYA ... 27
4.1 Jalur Distribusi ... 27
4.2 Panel Distribusi ... 27
4.3 Proteksi Distribusi ... 27
4.4 Keseimbangan Beban ... 28
4.4.1 Beban seimbang ... 28
4.5.1 Total Daya Beban Terpasang ... 29
4.6 Perbandingan Daya ... 32
4.6.1 Beban-beban paling dominan mempengaruhi distrubisi daya ... 32
4.7 Perbandingan Total Daya Beban Terpasang ... 33
4.8 Kondisi Distribusi Daya Terkini ... 34
5 PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA DISEL BRV10/20/30 ... 38
5.1 Penyedia Daya Darurat ... 38
5.2 Operasi Pembangkit Listrik Tenaga Disel. ... 38
5.2.1 Spesifikasi pembangkit listrik tenaga disel.. ... 38
5.2.2 Unjuk kerja ke operasi normal. ... 38
5.3 Sistem Penyalaan ... 39
5.4 Sistem Bahan Bakar. ... 39
5.5 Sistem Pelumasan. ... 39
5.6 Sistem Berpendingin Air. ... 39
5.7 Sistem Proteksi ... 39
5.8 Panel Kontrol. ... 40
5.9 Over haul ... 40
5.9.1 Evaluasi Kinerja Disel BRV10/20/30 Setelah overhaul ... 40
5.10 Beban ... 42
5.11 Evaluasi Keandalan Disel ... 45
5.11.1 Prosedur pelaksanaan ... 45
5.11.2 Ketersediaan Daya ... 46
5.11.3 Hasil Evaluasi ... 46
6 SISTEM PENYEDIA DAYA TAK PUTUS ... 48
6.1 UPS-AC. ... 48 6.1.1 Refungsionalisasi ... 48 6.1.2 Operasi UPS-AC ... 49 6.2 UPS-DC. ... 50 6.3 Sistem DC ± 24 Volt ... 50 6.3.1 Prinsip kerja. ... 50 6.3.2 Konverter +24 volt. ... 50
6.3.3 Moda operasi pemuatan ... 50
6.3.4 Proteksi dan peralatan kontrol... 51
6.3.5 Batere. ... 52
7 FAKTOR DAYA SISTEM ... 53
7.1 Pengantar ... 53
7.2 Memperbaiki Faktor Daya ... 53
7.2.1 Pengaruh perubahan faktor daya ... 53
7.2.2 Metoda perhitungan faktor daya ... 54
7.2.3 Teknik pemasangan kapasitor bank ... 55
7.3 Menentukan Titik-titik Pengukuran Faktor Daya. ... 56
7.4 Faktor Daya Rata-rata. ... 56
7.5 Daya Kapasitor Diperlukan ... 56
7.6 Investasi pengadaan/instalasi Kapasitor ... 59
7.7 Perbandingan Investasi Terhadap Efisiensi Biaya. ... 59
7.8 Penutup ... 60
8 Persiapan Sarana Operasi ... 61
8.2 Sistem Yang Termasuk dalam Persiapan Sarana Operasi ... 62
8.2.1 Sistem Pendingin Primer, JE01 ... 62
8.2.2 Sistem Pendingin Sekunder, PA01/PAH01/PAQ01 ... 62
8.2.3 Sistem Pemurnian Air Kolam Reaktor, KBE01 ... 62
8.2.4 Sistem Pemurnian Air Kolam Penyimpanan Bahan Bakar Bekas, FAK01 ... 62
8.2.5 Sistem Lapisan Air Hangat, KBE02 ... 63
8.2.6 Sistem Pendingin Kolam Darurat, JNA10, 20, 30 ... 63
8.2.7 Sistem Resin flushing, KBK01 ... 63
8.2.8 Sistem Drainase Kolam, KBB01 ... 63
8.2.9 Sistem Drainase Komponen Primer, KTA01 ... 63
8.2.10 Sistem Penampung Limbah Cair Aktivitas Tinggi, KPK02 ... 63
8.2.11 Sistem Penampung Limbah Cair Aktivitas Rendah, KPK01 ... 63
8.2.12 Sistem Drainase Lantai Daerah Aktif, KTF01 ... 64
8.2.13 Sistem Drainase Lantai Tidak Aktif, GMA01. ... 64
8.2.14 Sistem Air Bebas Mineral, GCA01 ... 64
8.2.15 Sistem Pasokan dan Distribusi Air Bebas Mineral, GHC01/GHC02 ... 64
8.2.16 Sistem Pasokan dan Distribusi Udara Tekan, SCA02/SCA01 ... 64
8.2.17 Sistem flooding Tabung Berkas Netron, KWA01 ... 64
8.3 Urutan Pelaksanaan PSO ... 65
8.4 Pengelompokan Pelaksanaan ... 65
8.4.1 Pengecekan kinerja sistem yang masuk dalam Tabel 8.1 ... 65
8.4.2 Pelaksanaan PSO untuk meyakinkan kondisi reaktor ... 65
8.4.3 Meyakinkan bahwa persyaratan spesifikasi teknik untuk operasi reaktor sudah terpenuhi. ... 66
8.4.4 Pengecekan sesaat sebelum reaktor Start Up. ... 66
8.5 Sistem Siap Beroperasi ... 66
8.6 Formulir perintah pelaksanaan PSO ... 66
9 SISTEM PENTANAHAN DAN PENANGKAL PETIR ... 69
9.1 Sistem Pentanahan ... 69
9.2 Tahanan Pentanahan ... 69
9.2.1 Tahanan jenis tanah ... 69
9.2.2 Tahanan kawat ... 70
9.3 Penangkal Petir ... 70
9.3.1 Komponen sistem penangkal petir ... 70
9.4 Sistem Sangkar Faraday ... 71
9.4.1 Diagram alir ... 71
9.4.2 Tahapan pelaksanaan ... 72
9.5 Distribusi arus sambaran petir ... 74
9.6 Sambaran pada finial tegak. ... 76
9.7 Radius Perlindungan ... 77
10 PERAWATAN SISTEM DAN BEBAN ... 79
10.1 Pemeliharaan ... 79
10.2 Tujuan Perawatan ... 79
10.3 Perawatan Sistem ... 80
10.3.1 Perawatan PHTM ... 80
10.3.2 Perawatan transformator ... 80
10.3.3 Perawatan Pembangkit ListrikTenaga Disel ... 80
10.3.4 Perawatan Panel-panel Distribusi ... 81
10.4 Perawatan Pencegahan ... 88
10.6 Perawatan Perbaikan ... 90
10.6.1 Petunjuk pelaksanaan perawatan perbaikan ... 91
10.7 Hasil Kegiatan Perawatan ... 91
10.7.1 Evaluasi Hasil Perawatan ... 92
11 BEBAN ... 95
11.1 Jenis-jenis Beban ... 95
11.2 Beban Satu Phasa ... 95
11.3 Beban Tiga Phasa. ... 95
11.3.1 Transformasi delta-bintang. ... 96
11.3.2 Transformasi bintang-delta. ... 97
11.3.3 Korelasi arus, tegangan dan daya hubungan bintang. ... 97
11.3.4 Korelasi arus, tegangan dan daya hubungan delta. ... 98
11.4 Motor Listrik ... 99
11.4.1 Daya motor ... 99
11.4.2 Sumber ... 100
11.4.3 Putaran (rpm) ... 100
11.4.4 Momen Putar ... 100
11.4.5 Hubungan motor beban ... 101
KATA PENGANTAR
Dalam rangka ikut berpartisipasi menyambut HUT ke-20 Reaktor Serba Guna G.A. SIWABESSY (RSG-GAS), kami menulis buku tentang sistem listrik di lingkungan RSG-GAS berdasarkan peran serta penulis yang secara langsung pernah dan masih terlibat dengan kegiatan yang berkaitan dengan sistem listrik, mulai dari proses pembangunan pada tahun 1987 yang silam, kegiatan uji fungsi (komisioning), sampai dengan pengoperasiannya. Dari riwayat pengoperasiannya dalam 20 tahun ini, banyak kejadian yang dialami oleh sistem seperti refungsionalisasi yang dilakukan pada panel hubung tegangan menengah (PHTM), pergantian transformator distribusi BHT03, penggantian panel distribusi utama BHA, overhaul disel BRV10/20/30, penggatian sistem catu daya tak putus (UPS), penataan ulang distribusi daya dengan pemutusan/pelepasan suplai daya pada beban-beban tertentu, pengembangan jalur distribusi yang baru, dan lain sebagainya. Berdasarkan riwayat operasional tersebut, penulis membuat buku ini dari hasil karya tulis tentang sistem listrik RSG-GAS yang pernah dibuat baik dalam bentuk makalah yang tidak diterbitkan/laporan teknis, dalam bentuk jurnal hasil penelitian, karya tulis yang diterbitkan dalam jurnal/majalah ilmiah, dan dari hasil pengalaman lansung. Muatan materi buku ini mencakup deskripsi, spesifikasi dan uraian pengembangan dan bahkan gagasan yang timbul untuk meningkatkan kehandalan sistem. Bentuk tulisan ditampilkan sedemikian rupa dalam gaya bahasa yang lugas dengan tujuan agar mudah dipahami oleh para pembaca. Dengan selesainya penulisan buku ini, diharapkan dapat bermanfaat bagi mereka yang ingin mengetahui kondisi terkini sistem listrik RSG-GAS dan semoga dapat dijadikan sebagai bahan acuan. Akhir kata, penulis menyadari bahwa isi buku ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran dari pembaca yang budiman sangat diharapkan untuk perbaikan dikemudian hari.
Serpong, Agustus 2007 Hormat kami, Penulis Ttd
Yan Bony Marsahala
1
PENDAHULUAN
Pada instalasi nuklir RSG-GAS, sistem listrik sebagai sistem bantu merupakan sesuatu yang sangat penting diperlukan untuk mendukung operasi reaktor. Kesuksesan operasi reaktor banyak dipengaruhi oleh kehandalan daripada sistem listrik. Sistem listrik yang dimaksud dalam tulisan ini merupakan gabungan kerja dari catu daya listrik, instalasi, distribusi, dan sistem proteksi yang menjadi satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan satu sama lain. Sistem listrik RSG-GAS dirancang sedemikian sehingga mampu memasok energi listrik yang handal kepada beban-beban yang terdiri dari berbagai klasifikasi keselamatan dan berbagai jenis tegangan.
Pada RSG-GAS terdapat tiga jenis sumber catu daya listrik yang diperoleh dari listrik PLN , Pembangkit Listrik Tenaga Disel, dan Batere. Listrik PLN merupakan sumber catu daya utama, dipasok dari Gardu Induk Serpong melalui kabel bawah tanah pada tegangan 20 kV. Melalui tiga unit transformator tiga phasa step down BHT01, BHT02, dan BHT03 tegangannya diturunkan menjadi 400 V. Pembangkit Listrik Tenaga Disel, yang selanjutnya disebut disel pembangkit adalah sumber catu daya darurat yang terdiri dari mesin disel dan generator listrik dengan daya tiga phasa 569 kVA pada tegangan 400 V, dan frekuensi 50 Hz. Batere sebagai sumber catu daya ketiga, merupakan sumber catu daya tak putus untuk mendukung operasi sistem keselamatan reaktor.
Distribusi catu daya listrik dilakukan melalui tiga jalur ( train ) redundan masing-masing Train A, Train B, dan Train C. Beban-beban yang termasuk dalam klasifikasi sistem keselamatan reaktor disuplai oleh ketiga jenis sumber catu daya tersebut di atas secara interlock. Artinya, dalam keadaan normal, beban disuplai oleh catu daya PLN, bila catu daya PLN gagal, untuk sementara waktu beban disuplai oleh batere, selang kira-kira 15 hingga 20 detik derikutnya layanan pasokan beban akan diambil alih oleh disel pembangkit. Untuk keperluan perawatan komponen pendukung sistem listrik dan proteksi beban, maka sistem listrik RSG-GAS dilengkapi dengan alat proteksi seperti sekering, circuit breaker, dan rele-rele. Perlindungan terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh sambaran petir dilakukan dengan sistem pentanahan dan pemasangan sangkar faraday pada tiap gedung RSG-GAS, termasuk gedung disel. Operasi sistem listrik RSG-GAS dikenal dengan dua moda operasi yaitu operasi normal, dan operasi darurat.
1.1
Sumber Penyedia Daya
Seperti dijelaskan di atas, bahwa penyedia daya listrik diperoleh dari 3 (tiga) jenis sumber yang berbeda yaitu listrik PLN , Generator, dan Batere. Listrik PLN merupakan sumber penyedia daya utama, dipasok dari Gardu Induk Serpong melalui kabel bawah tanah satu jalur pada tegangan 20 kV. Selanjutnya listrik PLN 20 kV tersebut dipecah menjadi 3 jalur pada panel hubung tegangan menengah. Sebelum didistribusikan pada beban, maka tiap jalur dari panel tegangan menengah harus dilewatkan pada transformator penurun tegangan 20 KV/400 V yang terdiri atas BHT01, BHT02, dan BHT03 dengan kapasitas masing-masing 1600 KVA, seperti ditunjukkan pada diagram balok pada Gambar 1.1. Generator digunakan sebagai sumber penyedia daya kedua, dan hanya dipakai sebagai daya cadangan untuk kondisi darurat. Generator yang digunakan digerakkan oleh mesin disel, selanjutnya disebut pembangkit listrik tenaga disel, terdiri atas 3 (tiga) unit dengan kapasitas masing-masing 569 kVA pada tegangan 3Φ, 400 V, 50 Hz. Batere sebagai sumber penyedia daya ketiga, digunakan pada UPS AC, 3 phasa, 220/380 V; UPS DC 220 V, dan sistem DC ± 24 V yang dipakai hanya pada saat peralihan dari catu daya PLN ke catu daya pembangkit listrik tenaga disel. Kondisi ini disebut kondisi "stand by".
1.2
Moda Operasi
Operasi sistem listrik dilakukan berdasarkan dua moda operasi yaitu operasi normal, dan operasi darurat. Operasi normal merupakan kondisi operasi dimana penyedia daya listrik PLN ada dan memasok beban 3 phasa pada tegangan 380 volt, dan memasok beban satu phasa pada tegangan 220 volt dengan frekwensi 50 Hz yang stabil. Sedangkan yang dimaksud dengan operasi darurat adalah keadaan dimana penyedia daya utama dari pasokan listrik PLN mengalami kegagalan.
Jenis kegagalan tersebut adalah semua kemungkinan yang terjadi pada pasokan daya listrik PLN sehingga dengan kegagalan tersebut, catu daya dari PLN tidak memungkinkan untuk melayani beban. Jenis-jenis kegagalan listrik PLN yang mungkin terjdai adalah seperti:
aliran listrik putus;
fluktuasi tegangan > 20%;
aliran listrik putus sesaat (kedip); dan
fluktuasi frekwensi > 5%).
Pada kondisi yang demikian, pembangkit listrik tenaga disel bekerja secara otomatis memasok beban-beban yang berhubungan dengan keselamatan reaktor. Dan sebelum pembangkit listrik tenaga disel siap, maka beban-beban tersebut disuplai oleh batere. Waktu yang diperlukan pembangkit listrik tenaga disel untuk siap operasi berada dalam kisaran waktu 15 hingga 20 detik terhitung sejak kegagalan terjadi.
1.3
Modifikasi Sistem
Modifikasi sistem listrik RSG-GAS dilakukan pada tingkat pembebanan, panel distribusi, transformator daya BHT dan lain sebagainya. Perubahan ini dilakukan dalam upaya menjaga agar sistem listrik tetap menjadi sistem bantu yang selalu siap dan handal mendukung opersi reaktor. Oleh sebab itu, peremajaan peralatan seperti mengganti peralatan lama dengan peralatan baru harus dilakukan.
1.3.1 Transformator Daya
Untuk mengembalikan fungsi transformator, maka telah dilakukan penggantian pada salah satu transformator daya yaitu transformator BHT 03, karena transformator sebelumnya rusak terbakar. Dengan penggantian yang dilakukan maka kondisi terkini transformator daya adalah seperti pada tabel berikut:
Tabel 1.1. Deskripsi modifikasi transformator.
Uraian Sebelumnya Sekarang Keterangan
Jumlah 3 unit dengan
tipe sama
3 unit dengan tipe
berbeda
Tipe Semua tipe
kering
Dua tipe kering dan satu tipe basah
Penggantian transformator BHT03 dengan tipe basah
Kapasitas 3 x 1500 KVA 3 x 1500 KVA Tidak terjadi perbedaan kapasitas.
Tegangan 20 kV/400 V 20 kV/400 V Frekuensi 50 Hz 50 Hz Gardu Induk PLN Serpong Kabel Distribusi 20 KV Bawah Tanah KWH Meter PLN Gd.Bantu PHTM Gd.Bantu Lt. dasar Transformator Daya BHT Gd.Bantu Lt.Dasar Busbar Utama I Gd. Bantu Lt 2 Sistem/ Peralatan Gd. Bantu & Gd.Reaktor
Gambar 1.1. Diagram balok aliran listrik ke RSG-GAS Dilindungi oleh sangkar Faraday
1.3.2 Panel Hubung Tegangan Menengah
Dilakukan penggantian menyeluruh pada panel hubung tegangan menengah (middle voltage
switchgear) mencakup panel, busbar, peralatan pemutus daya, dan kendali. Namun dengan
perubahan tersebut, baik kapasitas maupun jalur distribusi ke transformator BHT dibuat sama dengan sistem terdahulu. Alasan penggantian adalah karena panel hubung tegangan menengah sebelumnya kinerjanya sudah buruk karena faktor penuaan. Perubahan yang dilakukan pada pemutus daya (Circuit Breaker) dapat dilihat pada tabel berikut:
Tabel 1.2. Daftar perubahan pemutus daya.
Uraian Sebelumnya Sekarang
Tipe Tipe pemutus daya dengan semburan
gas SF6
Tipe pemutus daya dengan hembusan udara
Moda operasi Engkol & Sakelar manual Tombol push-button otomatis
Meteran Analog Digital
1.3.3 Modifikasi panel distribusi, jalur distribusi dan beban.
Sisi perubahan lainnya juga dilakukan atas kapasitas terpasang dari PLN pada pembatas arus di sektor KWH Meter.
Tabel 1.3. Daftar pelaksanaan modifikasi sistem.
No. Uraian Pelaksanaan Modifikasi Alasan Modifikasi
1 Mengganti kapasitas beban terpasang pada sisi KWH Meter PLN dari 4500 KVA menjadi 3000 KVA
Penghematan atas biaya pemakain listrik dari sisi “biaya beban”
2 Mengganti transformator daya BHT03 dari tipe kering menjadi tipe pendinginan oli
Transformator BHT03 sebelumnya rusak karena terbakar, tipe pendinginan oli lebih sesuai untuk wilayah tropis yang berdebu.
3 Mengganti busbar utama I BHA Panel BHA sebelumnya rusak terbakar
4 Mengganti catu daya batere dari semua sistem dc, dan UPS
Batere sistem dc, dan UPS sebelumnya sudah tidak optimal karena termakan usia 5 Mengganti jalur pasokan daya ke gedung kantor Agar elevator dan fasilitas lainnya yang
terdapat di gd.kantor dapat dioperasikan walaupun catu daya PLN mengalami gangguan.
6 Disfungsionalisasi pasokan daya ke fasilitas PPI di gd.kantor
Fasilitas PPI sudah tidak ada
7 Disfungsionalisasi pasokan daya ke In pile loop Fasilitas In pile loop tidak pernah dioperasikan
8 Disfungsionalisasi blower menara pendingin In pile loop
Fasilitas In pile loop tidak pernah dioperasikan
KWH METER PLN BRV 10 BRV 20 BRV 30 G G G Panel Hubung Tegangan Menengah 1.Penerangan 2.Komputer BHT BHT 01 02 Transformator BNC BNB BHB BHC BHD BHE BHF GEDUNG REAKTOR GEDUNG KANTOR GEDUNG DISEL BHA GEDUNG BANTU Keterangan: Dilakukan perubahan: Penggantian Perbaikan Modifikasi BHT 03 20 KV 400 Volt 220/380 Volt 220/380 Volt FEEDER BNA BTD 01 BRA BTU 11 BTU 12 BWE BVA BTD 02 BTU 21 BTU 22 BWG BTD 03 BTU 31 BTU 32 BWF BRB Elevator 3 x 500 KVA; 3Φ 400 Volt ; 50 Hz ± 24 V dc ± 24 V dc ± 24 V dc 220 V ~ 50 Hz 220 V ~ 50 Hz 220 Vdc Panel distribusi 220/380 Volt
Dari sudut pandang distribusi daya, sebagai konsekwensi atas perubahan tersebut yang juga terjadi pada beban, misalnya pemutusan suplai pada beban tertentu dengan alasan beban dimaksud sudah tidak ada atau sudah tidak difungsikan, maka dirasa perlu untuk mengkaji ulang distribusi daya untuk mendapatkan kondisi terkini. Berdasarkan atas uraian yang disampaikan di atas, maka dilakukan modifikasi jalur distribusi dengan maksud untuk memperoleh tingkat keseimbangan daya yang baik, dan kontinuitas pelayanan daya pada beban-beban tertentu dapat dijaga walapun catu daya utama PLN mengalami gangguan. Dengan modifikasi yang dilakukan, tentu saja keseimbangan daya yang terjadi pada ketiga jalur distribusi tersebut juga akan berubah. Perubahan tersebut di atas dapat dilihat pada skematik diagram sistem listrik Gambar 1.4.
Gambar 1.3. Kegiatan perbaikan PHTM
2
PANEL HUBUNG TENGANGAN MENENGAH
2.1
Fungsi
Prinsip dasar panel hubung tegangan menengah (PHTM) adalah menghubungkan catu daya PLN ke beban melaui transformator daya BHT, dan memutus hubungan daya ke beban pada saat terjadi gangguan untuk mengisolir beban dari akibat gangguan yang terjadi. Sistem ini dilengkapi dengan peralatan CB dan DS. Jenis CB yang digunakan adalah jenis tiga kutub, dimana setiap kutub terdiri dari satu atau lebih ruang pemutus dan ruang pemadam busur api, serta dilengkapi dengan media pemadaman busur api listrik jenis semburan udara dan gas (SF6). Ruang pemutus dipasang pada isolator penyangga dan pada tiap tabung ruang pemutusan terdapat satu unit kontak tetap dan kontak bebas. Kontak bebas digerakan oleh batang penghubung melalui mekanisme penggerak CB yang memberikan energi yang dibutuhkkan untuk membuka dan menutup kontak-kontak dari CB. Busur api listrik timbul pada saat CB memutus atau menghubungkan beban. Diagram satu garis sistem PHTM dapat dilihat pada Gambar 2.1. Dalam kondisi normal dan perawatan, kontak-kontaknya dapat dibuka atau ditutup, sedangkan dalam keadaan mengalami gangguan, rele akan mendeteksi dan menggerakan rangkaian kumparan pemutus (trip coil) dari CB, sehingga CB akan terbuka secara otomatis. Pemutus daya mempunyai dua jenis kerja yaitu membuka dan menutup. Membuka dan menutupnya kontak-kontak CB dan DS dapat dilakukan secara mekanik dan akan memisahkan saluran transmisi tegangan menengah dengan peralatan yang terdapat pada sistem listrik.
2.2
Pemutus Daya
Pemutus daya CB sebagai peralatan listrik tegangan menengah dapat berfungsi sebagai: Isolasi, yaitu untuk memisahkan instalasi atau bagian-bagiannya dari sumber pasokan catu daya listrik untuk tujuan keamanan pada saat perawatan atau pengerjaan konduktor,
Kendali yaitu peralatan yang berfungsi untuk membuka dan menutup rangkaian dalam kondisi operasi normal untuk tujuan operasi dan perawatan,
Proteksi yaitu untuk pengamanan kabel, peralatan listrik dan manusia terhadap kondisi gangguan seperti beban lebih, hubung singkat dan gangguan tanah, dengan memutuskan arus gangguan dan mengisolasi gangguan yang terjadi.
Pemilihan jenis CB yang akan digunakan pada PHTM harus memperhatikan dua faktor yaitu: arus beban (Is), dan arus hubung singkat tiga fasa (Isc) pada sisi hulu sistem rangkaiannya atau dengan kata lain pemilihan jenis CB dapat dilakukan melalui cara membandingkan penyetelan kapasitas arus dengan arus beban, dan kapasitas pemutusan arus hubung singkat (Icu) dengan arus hubung singkat tiga fasa (Isc).
2.3
Sakelar Pemisah
Peralatan DS merupakan sakelar pemisah tegangan tinggi yang digunakan sebagai peralatan isolasi dan kendali pada jaringan listrik RSG-GAS yang berfungsi sebagai:
2.3.1 Coupler
Pada sistem listrik RSG-GAS yang dicatu dari dua sumber penyedia energi listrik, apabila suplai daya dari sumber utama gagal atau mengalami gangguan, sakelar yang difungsikan sebagai coupler memungkinkan menyambungkan ke sumber lain, yaitu sumber penyedia daya darurat atau cadangan untuk mensuplai daya pada beban-beban penting sehingga kontinuitas pelayanan daya listrik tidak terputus.
2.3.2 Sakelar Utama
Fungsi ini biasanya pada posisi busbar utama II yang dilengkapi dengan peralatan proteksi disisi masukan sehingga sakelar utama dapat mengisolasi rangkaian.
2.3.3 Rangkaian Pengendali Motor
Bila DS dipasang pada sisi masukan dari rangkaian motor, dimungkinkan sakelar mengisolasi motor secara lokal atau dari jarak jauh. Peralatan sakelar pemutus yang digunakan berfungsi pula sebagai peralatan proteksi terhadap arus bocor bumi, kendali jarak jauh untuk mekanisme motor, dan trip jarak jauh dengan arus pengenal mulai 800 A sampai dengan 1250 A.
2.4
Kapasitas Pemutus Daya
Kapasitas pemutus daya (CB) yang digunakan pada PHTM harus memenuhi persaratan-persaratan berikut, yakni:
Mempunyai kemampuan memutus arus terhadap arus hubung singkat simetri tertinggi tanpa
menimbulkan kerusakan pada kontak CB.
Mempunyai kemampuan pemutus arus sesaat terhadap arus hubung singkat asimetri tertinggi tanpa menimbulkan kerusakan pada kontak CB.
Untuk menghitung besarnya kemampuan CB dapat dilakukan dengan menghitung terlebih dahulu harga efektif arus hubung singkat simetri (I’hs) dan arus hubung singkat asimetri (I”hs). Kapasitas arus sesaat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Im = 1,6 x I”hs ……….…… (2.1)
Dimana:
Im adalah kemampuan arus sesaat,
I”hs adalah arus hubung singkat.
Untuk menghitung kapasitas daya sesaat CB digunakan persamaan:
Sm = 3 Spf x Im …..……….……(2.2)
Dimana:
Sm adalah kemampuan daya sesaat CB, Vpf adalah tegangan fasa ke fasa sistem sebelum
PRM 1000 U1 U2 3 3 M M M U1 U2 R 321 K R 321 K R 321 K Close Trip PLN Future Extension Po sit io n Po sit io n 24 = 24 = 3 C.T. IR 5.22 200/5 A 20 VA CL 0,5 2 V.T. UR 3.26 20000/100 50 VA CL 0,5
1-watt hour meter (AFA1) 1-volt meter 3-Ammeter 1-frequency meter FL1 3 C.T. IR 5.32 50/5-5 A 20 VA CL 0,5 10 VA 10P10 3 C.T. IR 5.32 50/5-5 A 20 VA CL 0,5 10 VA 10P10 3 C.T. IR 5.32 50/5-5 A 20 VA CL 0,5 10 VA 10P10 Close Trip Close Trip 48 = 48 = Striker 48 = K1-7 Striker K1-7 Striker K1-7 Fuses 3 FNG 6.3 A BHT 01 BHT 02 BHT 03 Manual Interlock (MI) Key Interlock (KI) AIS BB no 1-2 AIS no 3 B no 4 PGHt no 5 PGHt no 6 PGHt no 7 20 kV
Sedangkan harga maksimum kemampuan CB dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
Imaks = k. Ihsn ……….……(2.3)
Dimana:
Imaks adalah harga maksimum kemampuan pemutusan arus CB,
K adalah faktor pengali, dan
Ihsn adalah kemampuan pemutusan arus.
Faktor k untuk berbagai jenis CB seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Faktor pengali “k” untuk berbagai CB.
No. Jenis CB Periode Waktu Pembukaan
(siklus) Faktor Pengali k
1 Umum 8 5 3 2 1,0 1,1 1,2 1,4
2 CB yang dipasang diterminal generator
dimana tingkat hubung singkat > 500 MVA 8 5 3 2 1,1 1,2 1,3 1,5 3 CB Hembusan Udara ≤ 600 V 1,25
Untuk menghitung besarnya suhu yang dibangkitkan menggunakan persamaan:
Q= V. I. t ……….……(2.4)
dengan Q adalah energi termis/panas (joule/sec atau kkal), V adalah tegangan (volt), I adalah arus (ampere) dan t adalah waktu (detik). Karena 1 joule = 239.10-6 kkal atau setara dengan 0,24 kal, maka:
Q= 0,24 V. I. t ……….……(2.5)
Besarnya panas spesifik yang dihasilkan yaitu:
Cp = Q/ mT … ………..……….……(2.6)
Q= m . cp. T …………..……….……(2.7)
dengan m adalah massa switching (kg), jika T = T2-T1, maka:
Q= m . cp. (T2-T1) ……….……(2.8)
sehingga temperatur yang dibangkitkan pada saat hubung singkat, adalah:
T1 = ( Q/ m.Cp ) + T1 (0C) ……….……(2.9)
dengan T1 adalah temperatur kamar (oC), T2 adalah temperatur yang dibangkitkan (oC)
2.5
Modifikasi PHTM
Telah dilakukan modifikasi PHTM (panel hubung tegangan menengah) sistem listrik RSG-GAS dengan melakukan pergantian peralatan listrik. Untuk itu dilakukan kajian kinerja sistem pasca modifikasi apakah ia dapat berfungsi memutuskan atau menghubungkan catu daya PLN pada transformator BHT dengan baik dan aman. Peralatan listrik yang diganti meliputi pemutus daya, alat ukur, dan sakelar pemisah yang bertujuan agar mampu mengisolasi, mengontrol dan memproteksi peralatan dan sistem. Pembahasan mencakup pengamatan tegangan nominal, arus nominal, operasional pemutus daya, sakelar pemisah baik dalam kondisi normal maupun kondisi gangguan. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa pada arus beban 800 A dan tegangan 24 kV, terjadi kenaikan temperatur rata-rata sebesar 4 oC, dan waktu pemutusan arus hubung singkat adalah 3 detik sesuai dengan setting MCB. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa kinerja PHTM pasca modifikasi berfungsi dengan baik.
2.5.1 Alasan modifikasi
Untuk mencegah terjadinya kegagalan serta mempertahankan stabilitas sistem baik dalam kondisi normal maupun kondisi gangguan sehingga kontinuitas pelayanan dapat dipertahankan maka telah dilakukan kegiatan modifikasi pada beberapa sub sistem PHTM yang mencakup peralatan listrik pemutus daya (CB) dan sakelar pemisah (DS) beserta sistem proteksinya. Kegiatan modifikasi ini dilakukan untuk mengganti peralatan PHTM tipe lama setelah dioperasikan lebih kurang 20 tahun, dan berdasarkan hasil evaluasi yang dilakukan ternyata pada beberapa sub sistem peralatan PHTM tipe lama tersebut ditemukan indikasi penurunan kinerja, seperti sistem pengoperasian pemutus daya yang dilakukan dengan cara engkol kadang kala mengalami kegagalan karena macet sehingga dalam kondisi sistem listrik RSG-GAS mengalami gangguan suplai catu daya listrik tidak dapat diisolir. Setelah dilakukan modifikasi, maka dianggap penting untuk menkaji kinerja peralatan baru untuk mengetahui apakah peralatan beru tersebut bekerja optimal sesuai dengan spesifikasinya.
Kajian kinerja dilakukan dengan cara mengamati operasional pemutus daya, sakelar pemisah pada kondisi tegangan nominal, arus nominal, dan arus hubung singkat. Pengamatan dilakukan juga untuk mengetahui besarnya kenaikan temperatur pada rel daya, pada kondisi normal dan kondisi simulasi gangguan, dan perhitungan temperatur yang dibangkitkan akibat terjadinya busur api listrik pada panel. Tinjauan operasional dilakukan berdasarkan data hasil unjuk kerja PHTM setelah dilakukan modifikasi.
2.5.2 Spesifikasi peralatan
Data spesifikasi PHTM yang digunakan pada sistem mengacu kepada standard IEC Publ. 298 dan 694, DIN VDE, part 1000, NBD 610, NFC 64400, ANSI C37.20.2-1987, seperti ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Spesifikasi PHTM dan perbedaan tipe lama terhadap tipe baru.
No. Uraian Tipe Lama Tipe Baru
1 Tegangan nominal 24 kV 24 kV
2 Tegangan rerata 24 kV 24 kV
3 Kapasitas menahan tegangan 50 kV 50 kV
4 Tegangan impuls lightning
rerata 125 kV 125 kV
5 Kapasitas Arus bungan
singkat 25 kA 25 kA
6 Arus nominal 800 A – 1250 A 800 A – 1250 A
7 Tipe Tipe Semburan Gas SF6 Tipe Semburan Gas SF6
8 Mekanisme Operasi Engkol dan sakelar manual Tombol push-button otomatis
9 Alat ukur / Meteran Analog Digital
2.5.3 Hasil modifikasi
Modifikasi peralatan PHTM meliputi panel, busbar, peralatan CB, DS serta sistem proteksinya. PHTM yang digunakan sebagai pengganti tipe lama adalah tipe 8BJ20 dengan spesifikasi sebagai berikut:
Ukuran rel daya : 1 cu x 80 x 10
Tegangan Kerja : 24 KV
Tegangan Kontrol : 24 V dc
Tegangan Heater : 220 V ac
Arus melalui rel daya : 1250 A
Isc / dtk : 16 kA / 3 sec
Tingkat perlindungan : IP 4 x D
Sehingga berdasarkan hasil perhitungan diperoleh:
Harga maksimum kemampuan CB (Imaks) sebesar 19,2 kA
Temperatur yang dibangkitkan ketika terjadi hubung singkat pada arus rerata sebesar 800 A, dan 1250 A ditunjukkan pada Tabel 2.3. Jika terjadi gangguan hubung singkat pada tegangan rerata 24 kV, dengan arus rerata rel daya 800 A maka arus hubung singkat akan mengalami kenaikan yang cukup besar. Besarnya arus hubung singkat 16 kA dapat dipadamkan dalam waktu 3 detik. Pemadaman busur api listrik dilakukan dengan menggunakan media semburan gas SF6 sedangkan arus hubung singkat diputuskan oleh CB yang memiliki derajat tingkat perlindungan IP 3 x D. Untuk arus rerata rel daya 1250 A maka arus hubung singkat akan mengalami kenaikan yang besar, dan arus hubung singkat sebesar 16 kA juga dapat dipadamkan dalam waktu 3 detik.
Tabel 2.3. Temperatur dibangkitkan oleh arus rel daya, pada teg. 24 KV
No. Arus busbar
(A)
Waktu pemutusan arus hubung singkat
(detik)
Temperatur Kamar (oC, T1)
Temperatur yang dibangkit-kan (oC, T2) 1 800 3 24 90,5 1250 282 2 800 3 28 94,5 1250 286 3 800 3 32 100,5 1250 290 4 800 3 36 104,5 1250 294 5 800 3 40 108,5 1250 298
Pemadaman busur api listrik dilakukan dengan menggunakan media semburan gas SF6 sedangkan arus hubung singkat diputuskan oleh CB yang memiliki derajat tingkat perlindungan IP 4x D. Gas SF6 ini mempunyai sifat isolasi dan pendingin yang baik dibandingkan dengan CB menggunakan media minyak. Sehingga grafik kenaikan temperatur untuk arus rerata 800 A dan 1250 A masing-masing ditunjukkan pada Gambar 2.2.
2.6
Operasional Pemutus Daya
Pemutus daya CB dan sakelar pemisah DS dalam operasionalnya tidak bekerja sendiri-sendiri, baik dalam kondisi normal maupun kondisi gangguan karena peralatan tersebut dilengkapi dengan peralatan proteksi yaitu rele, yang berfungsi mendeteksi suatu kondisi ketidak-normalan pada peralatan dan sistem listrik. Mekanisme penutupan dan pembukaan CB memerlukan gerakan mekanis yang cepat dan tepat. Untuk mendapatkan gerakan yang cepat dan tepat diperlukan suatu mekanisme penggerak berdasarkan media yang digunakan misalnya energi pegas, udara tekan (gas) dan tekanan minyak.
CB yang digunakan adalah CB 3 dengan pemutus tiga kutub. Setiap kutub terdiri dari satu atau lebih ruang pemutus dan ruang pemadam busur api. Ruang pemutus dipasang pada isolator penyangga dan pada tiap tabung ruang pemutusan tersebut terdapat satu unit kontak tetap dan kontak bebas. Kontak bebas digerakkan oleh batang penghubung melalui penggerak mekanis. Busur api listrik timbul pada waktu CB memutus atau menghubungkan beban. Media yang digunakan untuk memadamkan busur api adalah media Gas SF6. Dalam keadaan normal kontak-kontaknya harus dapat dibuka dan ditutup. Hal ini sangat berguna pada kondisi perbaikan dan pemeliharaan. Sedangkan dalam keadaan gangguan, rele akan mendeteksi dan menggerakkan rangkaian koil pemutus (trip coil) dari CB, sehingga CB akan terbuka secara otomatis. Jadi secara umum, CB memiliki dua keandalan kerja yaitu membuka dan menutup baik secara mekanik maupun elektrik.
Sakelar pemisah digunakan untuk menyatakan secara visual bahwa suatu peralatan listrik telah bebas dari tegangan kerja, sehingga DS tidak diijinkan untuk dimasukkan atau dikeluarkan pada rangkaian listrik dalam keadaan berbeban. Jadi DS adalah peralatan yang dapat memutus dan menutup rangkaian yang arusnya rendah (±5 amper) atau pada rangkaian dimana pada saat sakelar terbuka tidak terjadi perbedaan tegangan yang besar pada kutub sakelarnya. Jenis DS yang digunakan adalah jenis DS bus. Untuk menghindari adanya kesalahan operasi DS dilengkapi dengan sistem interlok. Sistem ini berfungsi untuk mencegah terjadinya kerusakan pada peralatan sistem lainnya. Sistem interlok yang terpasang tersebut terdapat antara DS dengan CB, dan antara DS dengan sakelar pentanahan. Pengoperasian sistem interlok tersebut dapat dilakukan secara mekanis maupun elektris. Skematik rangkaian CB dan DS pada sistem seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.
2.6.1 Sistem interlock Pemutus Daya, CB Sakelar Pemisah, DS Sakelar Pentanahan Busbar Tegangan Menengah, 24 kV
Sakelar Pemisah, DS SF6 Saluran Keluar Ke Transformator BHT Interlock
Untuk menghindari kesalahan operasional dan keselamatan pekerja, maka sistem pengoperasian CB dilengkapi dengan sistem interlock (saling kunci). yang diartikan sebagai berikut:
Sakelar DS tidak dapat ditutup sebelum CB terkunci pada posisi terbuka,
Sakelar pentanahan (SP) dapat ditutup hanya pada saat sakelar DS terkunci pada posisi
terbuka dan tidak ada busur api listrik,
Sakelar DS dapat ditutup hanya saat CB dan sakelar pentanahan (SP) dalam keadaan
terbuka,
CB hanya dapat ditutup setelah semua sakelar DS terkunci dalam posisi tertutup atau dalam
posisi terbuka.
2.7
Prosedur Operasional PHTM
Manuver pengoperasian PHTM pada kondisi gangguan harus mengikuti prosedur yang berlaku di RSG-GAS. Prosedur operasi dalam kondisi gangguan merupakan tahapan-tahapan yang harus dilakukan oleh petugas perawat dalam mengatasi gangguan yang terjadi. Jenis-jenis gangguan yang terjadi meliputi gangguan eksternal dan internal. Gangguan eksternal umumnya terjadi dari luar sistem misalnya tegangan pemasok gardu induk (GI) hilang, sedangkan gangguan internal terjadi dari dalam sistem misalnya CB trip.
Untuk mengetahui satu jenis gangguan dengan jenis gangguan lainnya, indikasi gangguan ditampilkan pada panel kontrol di Ruang Kendali Utama (RKU) maupun di panel lokal yang terdapat pada lokasi peralatan. Untuk mengetahui jenis gangguan, peralatan dan sistem yang mengalami gangguan, maka petugas perawat harus mendatangi panel lokal. Bila pada panel lokal ditemukan adanya gangguan maka tindakan selanjutnya adalah mengusut gangguan dan memperbaiki peralatan yang mengalami. Selanjutnya dilakukan perbaikan pada peralatan dan sistem yang mengalami gangguan. Uji fungsi peralatan dan sistem dilakukan setelah tindakan perbaikan selesai.
3
TRANSFORMATOR DISTRIBUSI BHT10/20/30
3.1
Pengantar
Transformator BHT01/02/03 merupakan 3 unit transformator distribusi terdiri atas 2 unit transformator pendinginan udara, dan satu unit lainnya transformator berpendingin minyak. Ketiga unit transformator tersebut dioperasikan secara redundan untuk mendukung operasi reaktor dengan cara memasok energi listrik ke beban masing-masing melalui jalur distribusi train A, train B, dan train C. Dalam pelayanannya, transformator tersebut sudah melayani operasi reaktor selama kurang lebih 20 tahun. Dalam kurun waktu tersebut, berbagai hal telah terjadi, termasuk diantaranya peristiwa terbakarnya salah satu transformator. Dengan demikian, faktor penuaan menjadi penting untuk dibicarakan, termasuk hal-hal utama lainnya yang paling dominan menentukan sukses tidaknya operasi train A, train B, dan train C sebagai jalur distribusi dalam fungsinya sebagai pelayan beban. Transformator yang digunakan adalah transformator 3 phasa, hubung delta pada sisi primer dan hubung bintang pada sisi sekunder, dengan diagram konstruksi dasar seperti pada Gambar 3.2.
3.2
Teori Dasar Transformator.
Transformator adalah sebuah mesin listrik yang dapat memindahkan tenaga listrik dari satu belitan primer ke belitan sekunder, disertai dengan perubahan arus dan tegangan. Pemindahan tenaga listrik ini terjadi tanpa melalui hubungan langsung antar belitan tersebut. Prinsip pemindahan tenaga listrik pada transformator berdasarkan teori Michael Faraday, yang dikenal dengan Teori Induksi Elektromagnetik. Dalam percobaan Faraday dijelaskan, pada sebuah inti besi lunak yang tertutup dibelit oleh belitan yang dinamakan belitan primer dan belitan sekunder, dimana belitan primer dihubungkan langsung dengan sumber listrik, sedangkan belitan sekunder dihubungkan dengan beban, seperti konstruksi pada Gambar 3.1.
Dari percobaan Faraday dapat disimpulkan bahwa apabila fluk magnet (Φ) yang berubah-ubah, maka akan terjadi pemotongan belitan sekunder oleh fluk magnet. Akibatnya pada belitan sekunder dibangkitkan gaya gerak listrik (GGL) yang sering disebut tegangan listrik.
Jika belitan primer N1 diberi tegangan V1, sedangkan belitan sekunder N2 dalam keadaan terbuka
maka pada belitan primer N1 akan mengalir arus I1 yang besarnya ditentukan oleh impedansi
belitannya. Tegangan V1 yang diberikan kepada belitan primer adalah tegangan bolak-balik
sinusoidal, maka berdasarkan Hukum Faraday N1 akan menimbulkan GGL-induksi yang besarnya
adalah:
……… 3.1)
Bila fluks magnet berbentuk sinusoidal, dapat dituliskan dalam bentuk persamaan :
= m sin t = m sin 2 f t t d d N e ) ( ) ( A B V1 N1 N2 V2 Primer, I1 Sekunder, I2
Maka GGL induksi pada belitan primer adalah :
……… 3.2)
tanda negatif (-) mengacu kepada Hukun Lenzt yang menyatakan bahwa GGL induksi yang dibangkitkan melawan tegangan yang membangkitkannya. Dari persamaan (3.2) terlihat bahwa fluks magnet yang sinusoidal menghasilkan GGL induksi yang sinusoidal pula, tetapi sudut fasanya tertinggal 90o. GGL induksi e1 akan mempunyai harga maksimum apabila sudut fasanya = 1 (sin t –
90o) = 1 sehingga GGL induksi E1, yaitu :
E1 maks. = 2 f t N1m ...….. 3.3) Sedangkan harga GGL induksi efektifnya adalah :
………. 3.4)
Untuk transformator ideal (rugi-rugi diabaikan), maka: tegangan primer V1 = E1. Dengan cara yang sama maka akan diperoleh tegangan pada belitan sekunder:
E2 = 4,44 f N2m (volt) ……….. 3.5)
3.2.1 Perbandingan Transformasi Tegangan
Apabila persamaan (4) dan (5) dibandingkan maka akan diperoleh :
………. 3.6)
persamaan (3.6) disebut : persamaan perbandingan transformator tegangan. Dengan menggunakan perbandingan transfomrator tegangan maka untuk belitan sekunder dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : E2 = a . E1 ...………… 3.7)
t
fN
t
fN
t
d
t
d
N
t
d
d
N
e
o m m m)
90
sin(
2
cos
2
)
(
)
sin
(
)
(
)
(
1 1
fN
E
fN
E
E
m m maks
1 1 1 1 144
,
4
2
2
2
a
N
N
E
E
fN
fN
E
E
m m
1 2 1 2 1 2 1 244
,
4
44
,
4
Sehingga dari persamaan (3.7) dapat disimpulkan bahwa :
Bila a > 1 disebut transformator penaik tegangan (step-up) Bila a < 1 disebut transfomator penurun tegangan (step-down) Bila a = 1 disebut transfomator stabilisator.
arus tor transforma an perbanding disebut a I I harga I I E E 1 1 2 1 2 2 1 + + + - - - + + + - - - L1 L3 L2 L1 L2 L3 L1 L2 L3 L3 L2 L1 Primer Sekunder Grounding Belitan Kapasitas, 1600 KVA, 20 KV/400 Volt, 50 Hz
3.3
Penuaan Transformator
Semua transformator yang digunakan di lingkungan RSG-GAS merupakan peralatan yang telah lolos uji pabrik dengan jaminan masa pakai tertentu yang ditentukan oleh pabrik berdasarkan hasil pengujian laju kegagalan (λ) peralatan dalam satu tahun operasi (8600 jam), seperti dapat dilihat pada Tabel 3.1. Dengan demikian dipastikan bahwa setiap unit peralatan dilengkapi dengan
deskripsi dan spesifikasi sebelum alat dimaksud dilepas ke pasar. Dalam artian bila suatu
transformator dengan spesifikasi dan laju kegagalan tertentu digunakan sesuai dengan persaratan operasional yang tersirat pada spesifikasinya, maka peralatan itu akan bekerja dengan baik sesuai fungsinya hingga perioda waktu masa pakainya dilampaui.
Bila masa pakainya berakhir, maka tidak ada jaminan bahwa peralatan dimaksud masih laik operasi atau tidak. Namun fakta dilapangan bisa mengatakan lain, tergantung bagaimana peralatan tersebut diperlakukan. Tentu saja perlakuan yang baik dan benar akan menjamin peralatan mampu bekerja optimal. Sebaliknya bilamana perlakuan terhadap peralatan dimaksud buruk, maka masa laik operasi yang diberikan pabrik tidak menjamin bahwa peralatan itu dapat bekerja sesuai fungsinya pada perioda masa pakainya. Pada kondisi demikian, disebut bahwa peralatan dimaksud mengalami percepatan penuaan (aging accelerated).
Dari uraian di atas, bila suatu peralatan dapat mengalami percepatan penuaan, maka sebaliknya peralatan dapat juga diperlambat penuaannya (ageing de-accelerated), sehingga masa laik pakainya akan bertambah. Pada kondisi demikian disebut peralatan mengalami penpanjangan usia (longer life time). Perpanjangan usia peralatan dapat terjadi hanya karena peralatan itu menerima perlakuan operasional dan perawatan yang baik dan benar, sehingga upaya memperlambat proses penuaan peralatan dapat didefenisikan sebagai:
Tindakan memperlakukan peralatan berdasarkan spesifikasi, dioperasikan berdasarkan prosedur operasi yang benar sesuai rating kerjanya serta mendapatkan perawatan berkala sesuai standar perawatan dan oleh tenaga rawat terampil.
Gambar 3.3 Rangkaian transformator 3 phasa delta-bintang IL3 XL1 RL1 XL2 RL2 RL3 XL3 IL1 IL2 XL2 RL2 XL1 RL1 RL3 XL3 IL1 = 1700 Amper N Earth Primer Sekunder 400 Volt 20 KV R = resistansi belitan X = reaktansi belitan IL2 = 1700 Amper IL3 = 1700 Amper
Tabel 3.1. Daftar Laju Kegagalan Transformator Daya (Sumber: IEEE Transaction on industry applications, march/April 1974.) Number of Plants in Sample Size Sample Size Unit-Years Number of Failures Reported Industry Failure Rate-Failures per Unit-Year 33 30 12 18 11 12 16 3 15,210 13,210 3,002 6,040 4,036 1,848 4,937 672 63 39 11 15 13 24 18 20
All Liquid Filled-All
601-15,000 Volts-All Sizes 300-750 kVA
751-2,499 kVA 2,500 kVA & Up Above 15,000 Volts Dry Type; 0-15,000 Volts Rectifier, Above 600 Volts
0.0041 0.0030 0.0037 0.0025 0.0032 0.0130 0.0036 0.0298 14 12 7 9 2 8,598 6,838 3,274 1,601 662 43 24 10 19 16
Chemical Liquid Filled-All
601-15,000 Volts-All Sizes 300-750 kVA
Above 15,000 Volts Rectifier, Above 600 Volts
0.0050 0.0035 0.0031 0.0119 0.0242 3
3 2,512 2,334 14 10 Petroleum Liquid Filled-All 601-15,000 Volts-All Sizes 0.0056 0.0043 Dengan demikian, upaya memperlambat proses penuaan dapat dirumuskan sebagai berikut:
………. 3.8)
Dimana:
Ad = perlambatan penuaan,
Op = operasi Prosedural,
Ms = perawatan baik, dan
Mp = SDM Terampil
Sehingga agar Ad di atas dapat diperoleh, maka upaya yang dilakukan harus mencakup ketiga unsur pendukung Ad yaitu mengupayakan perbaikan dan atau mempertahankan pengoperasian peralatan berdasarkan prosedur dengan menimbang rating kerja alat, melakukan tindakan perawatan berkala berdasarkan prosedur perawatan, dan melakukan pembinaan tenagara rawat (teknisi) agar selalu terampil dan ahli dalam melaksanakan tugasnya.
3.3.1 Faktor-faktor penyebab penuaan transformator.
a) Faktor alami, misalnya temperatur dan kelembaban udara tidak selaras dengan tuntutan operasional; sambaran petir.
b) Proses kimiawi; misalnya asam sulfat, dan kandungan garam pada udara.
c) Pembebanan elektrik, misalnya beban maksimum, arus hubung singkat, dan arus beban lebih.
d) Proses pensakelaran, seperti penutupan dan pembukaan sakelar, arus start, dan timbulnya percikan api.
e) Pembebaban mekanik, seperti kabel daya gantung, dan struktur penyangga jelek.
3.3.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi percepatan penuaan.
Umumnya faktor yang menyebabkan terjadinya percepatan proses penuaan transformator adalah: temperatur lingkungan yang buruk dan pembebanan elektrik yang tidak tepat, misalnya frekuensi pembebanan elektrik berupa beban lebih, dan arus hubung singkat yang terjadi melampaui batas kewajaran. Faktor lainnya adalah instalasi peralatan tidak sesuai dengan persaratan spesifikasinya, misalnya transformator bebas perawatan kurang tepat bila dipakai didaerah tropis.
p s p
d O M M
3.4
Spesifikasi transformator BHT10/20/30
Agar upaya pembahasan proses penuaan alat dapat dilaksanakan dengan baik, maka hal pertama yang harus dilakukan adalah mengenal transformator BHT dengan baik. Untuk mencapai tujuan dimaksud, maka dilakukan telaah pustaka mempelajari deskripsi dan spesifikasi trafo, teori dasar rangkaian trafo, dan lingkungan sekitar dimana peralatan tersebut dipasang. Dengan demikian langkah-langkah yang harus ditempuh, antara lain adalah:
mengenali peralatan berdasarkan deskripsi dan spesifikasinya,
mempelajari faktor-faktor yang menyebabkan penuaan peralatan,
membahas dampak penuaan peralatan pada kinerja sistem,
mempelajari temperatur dan kelembaban kondisi udara sekitar,
pengumpulan data, analisis dan evaluasi data, dan
menyimpulkan hasil pembahasan dan memberikan saran.
Spesifikasi transformator adalah:
Jenis : Penurun Tegangan 3 phasa / delta-bintang.
Tegangan : 20.000 Volt/ 400 Volt
Frekuensi : 50 Hz
Tipe : Kering ( pendingin udara alami ) BHT01/02
: Pendinginan minyak, BHT03
Kapasitas : 1600 KVA
Berdasarkan spesifikasi, transformator tipe kering pada kapasitas di atas, didesain untuk mampu bekerja terus-menerus pada kapasitas penuh, dengan temperatur operasional 400C dan temperatur ruangan dimana transformator ditempatkan tidak lebih dari 320C, dalam jangka waktu 30 tahun.
3.5
Dasar perawatan transformator
Menjaga semua bagian transformator bersih, dan terlindung dari debu, kotoran, dan korosi.
Pengukuran tahan isolasi belitan, dan isolasi likuida pendingin.
Inspeksi dan pengujian peralatan pelindung dan alat ukru.
Inspeksi dan bagian dalam transformator.
Inspeksi peralatan tbantu seperti kipas, pendingin, lightning arrester, dan pentanahan.
3.5.1 Temperatur:
Temperatur merupakan hal penting dalam menentukan besar beban yang dapat diangkut oleh transformator karena temperatur lingkungan dapat memperbesar kenaikan temperatur operasi transformator. Pada umumnya transformator didesain bekerja secara terus menerus pada beban penuh dengan temperatur lingkungan rata-rata 300C untuk pendinginan udara dengan temperatur lingkungan tidak melebihi 400C. Temperatur ini biasanya 100C hingga 150C lebih kecil dari temperatur titik belitan terpanas.
Bila
tB = temperatur terpanas belitan trasnformator
tL = temperatur lingkungan/kamar
tLop = temperatur perasi transformator pada beban penuh = 30 oC
Maka : ∆t = tB - tL
∆t ≤ (10 s/d 15) oC
Ini merupakan faktor perawatan pencegahan yang penting karena temperatur menentukan penuaan isolasi belitan transformator. Beberapa pakar menetapkan ketentuan 8oC kenaikan temperatur di atas rating temperatur transformator, laju penuaan transformator isolasi kelas A. Berdasarkan ketentuan tersebut, maka transformator dengan kelas isolasi A dioperasikan pada titik terpanas temperatur 80C di atas temperatur kerjanya, maka umur transformator akan berkurang setengahnya.
Pengaruh panas pada transformator sangat penting, dan disarankan melakukan pemeriksaan rutin dan mencatat temperatur udara lingkungan, dan temperatur titik belitan terpanas. Bila temperatur maksimum dicapai, maka beban harus dikurangi.
3.6
Dampak Penuaan Transformator
Dampak penuaan terhadap operasional transformator dapat mengakibatkan kegagalan fungsi peralatan karena hal-hal berikut:
a) Pemuaian material logam, luas penampang bertambah, sehingga resistansi berkurang, mengakibatkan arus beban naik.
b) Kelebaban: Tahanan isolasi belitan berkurang, arus pada belitan naik, kemugkinan terjadi tembus isolasi.
c) Korosi material logam, permukaan tidak rata, sambungan longar (bad contact), terjadi percikan api, merusak permukaan lebih jauh.
d) Akumulasi rugi panas dari hasil perkalian resistansi logam terhadap arus yang melaluinya
dalam jangka waktu tertentu, sesuai dengan rumus:
e) W = 0.24 i2 r t Joule.
f) Hilang lentur , berkurangnya elastisitas logam dan isolasi kabel.
3.7
Tindakan Memperlambat Proses Penuaan.
Tindakan yang dapat ditempuh dalam upaya memperlambat proses penuaan transformator adalah dengan menerapkan prinsip jaminan mutu, yaitu melakukan apa yang tertulis dan menulis apa yang dikerjakan. Teknis pelaksanaan prinsip tersebut dapat dijabarkan melalui upaya berikut:
a) Melalukan perawatan pencegahan (preventive maintenance) yang terjadual dengan baik,
b) Melakukan perawatan perbaikan sedini mungkin, jangan menunggu akibat
kerusakan/kegagalan satu unit peralatan menyebabkan kerusakan/kegagalan pada unit lainnya,
c) Bilamana diharuskan melakukan pergantian komponen, maka penggunaan komponen pengganti harus sesuai dengan spesifikasi komponen yang akan diganti,
d) Melakukan pengukuran parameter peralatan/sistem sesuai dengan yang diperlukan, dan mengamati kemungkinan munculnya hasil pengukuran radikal,
e) Pembebanan Elektrik < 80 % kapasitas,
f) Mempertahankan keseimbangan beban,
g) Mempertahankan keseimbangan tegangan, h) Menggunakan alat-alat proteksi sesuai spesifikasi,
i) Menghidari kesalahan prosedur operasi,
j) Meningkatkan keterampilan dan keahlian tenaga rawat,
k) Menghindari kanibalisme,
3.7.1 Contoh memperlambat proses penuaan transformator BHT01
Upaya yang dapat ditempuh untuk memperlambat proses penuaan transformator BHT01, dibagi atas dua bagian utama, yaitu upaya teknis dan upaya non teknis.
3.7.1.1 Upaya Teknis
a) Membebani trafo tidak melebihi 80% kapasitanya, dan bila memungkinkan memberi trafo waktu istirahat dari daya maksimum.
b) Mempertahankan keseimbangan tegangan, dan bila trafo digunakan memasok beban-beban satu phasa, harus diupayakan bahwa beban-beban satu tersebut terhubung secara berimbang pada masing-masing phasa.
c) Menggunakan fuse pemutusan sangat cepat pada sisi sekunder.
d) Menggunakan MCB dengan setting pemutusan beban lebih tidak melebihi 1 detik. e) Menggunakan lightning arrester sebagai peoteksi terhadap bahaya sambaran langsung
maupun tidak langsung petir.
3.7.1.2 Upaya Non Teknis
Transformator pendinginan udara atau lazim disebut trafo kering yang berdasarkan spesifikasinya adalah bebas perawatan, namun untuk kondisi daerah tropis, hal tersebut tidak mutlak.
Sehingga khusus untuk trafo BHT01, diperlukan perawatan rutin memeriksa akumulasi debu pada badan trafo, dan akumulasi debu harus dihilangkan dengan menggunakan vacum cleaner.
3.8
Beban Transformator
Seperti dijelaskan di atas, bahwa transformator BHT01/02/03 melayani beban secara redundan, sehingga tiap trasnformator melayani beban sendiri-sendiri. Adapun beban-beban yang dilayani oleh masing-masing transformator tersebut dapat dilihat pada masing-masing Tabel 3.2 untuk BHT01, pada Tabel 3.2. untuk BHT02, dan seperti Tabel 3.4 oleh BHT03.
Gambar 3.4. Kegiatan perawatan transformator berpendingin minyak BHT03.
Tabel 3.2. Beban yang dilayani oleh transformator BHT01.
BHA Daya Terpasang (kW) Daya Diperlukan (kW) ηxcos KVA
Cilled water set Secondary pump Hidraulic booster plant Cooling tower blower Cooling tower blower Cooling tower blower
135 220 5 37 37 37 135 210 5 34 34 34 0,81 0,8 0,75 0,78 0,78 0,78 167 262 7 43 43 43 BHD Primary pump Purification pump Purification pump Warm layer pump Compressed air plant Sub-distribution -operating building -reactor building -venting system Pump 160 7,5 4 4 35 120 50 125 5,5 150 5,1 3,3 2,9 25 120 50 67 3,2 0,8 0,7 0,7 0,7 0,75 0,8 0,9 0,75 0,7 187 7 5 4 33 150 52 89 5
BNA Rectifier Rectifier UPS Sub-distribution -venting system -venting system -venting system -reactor building -venting system -venting system Air heater Fan Pump Fan Fan - - - 38,5 38,5 8,0 - 42 12 3 11 4 7,5 7,5 - - - 38,5 38,5 4,0 - 25 7,5 3 11 2,4 6,9 6,9 - - - 0,75 0,75 0,7 - 0,75 0,75 1 0,75 0,7 0,7 0,7 66 11 33 51 51 6 25 33 10 3 15 3 10 10
Tabel 3.3. Beban yang dilayani oleh transformator BHT02. BHB Daya Terpasang (kW) Daya Diperlukan (kW) ηxcos KVA
Cilled water set Secondary pump Process water Pump Cooling tower blower Cooling tower blower Cooling tower blower Demineral water supply
135 220 4,4 37 37 37 25 135 210 4,4 34 34 34 5 0,81 0,8 0,7` 0,78 0,78 0,78 0,7 167 262 6 43 43 43 8 BHE Primary pump Purification pump Warm layer pump Hot cells Sub-distribution -operating building -reactor building -venting system Pump Pump Pump Flooding system 160 7,5 4 7,2 120 30 50 5,5 11 7,5 3 150 5,1 2,9 7 120 30 29 3,2 7,0 4,8 3 0,8 0,7 0,7 0,7 0,8 0,9 0,9 0,7 0,8 0,7 0,8 187 7 4 10 150 33 32 5 9 7 4 BNB Rectifier Rectifier Rectifier Sub-distribution -reactor building -venting system -venting system -venting system -venting system -venting system Pump Air heater Fan Ramp test Pump Fan Fan - - - - 38,5 38,5 8,0 36,0 12 3,6 3,0 11 10 4 7,5 7,5 - - - - 38,5 38,5 4,0 23,0 9,5 3,6 3,0 11 10 2,4 6,9 6,9 - - - - 0,75 0,75 0,7 0,7 0,7 0,7 1 0,75 0,75 0,7 0,7 0,7 66 11 47 25 51 51 6 31 14 5 3 15 14 3,4 10 10
