MANAJEMEN ASET GARDU DISTRIBUSI Trafo Di

(1)

MANAJEMEN ASET GARDU DISTRIBUSI

TRAFO DISTRIBUSI dan PROTEKSI GARDU

oleh Maurits A. Paath

PT. PLN (Persero)

(2)

 Latar Belakang

 Transformator (Konstruksi, Tegangan Pengenal, Efisiensi,

Beban Tak Seimbang vs Efisiensi, Beban Tak Seimbang vs Losses, Biaya Losses vs Biaya Trafo, Umur dan Suhu

Trafo)

 Masalah Harmonik (Penyebab Harmonik, Sifat Beban

Linier & Non Linier, Beban Linier & Non Linier, Gelombang Sinus Murni & Gelombang Distorsi Harmonik, Domain

Harmonik, Indikator dan Standar Harmonik)

 Efek Harmonik di JTR & Transformator

 Solusi / Teknik Mitigasi Harmonik

 Peralatan Pengaman (Koordinasi Pelebur TR/TM)

 Penyebab Tegangan Lebih (Petir & Surja Hubung)

 Pengaman Tegangan Lebih (Arrester)

 Penutup

Pokok Bahasan

(3)

Latar Belakang

Kontinyuitas Penyaluran Perlu Dijaga dan Kualitas

Pelayanan Serta Kualitas Daya Perlu Ditingkatkan

Angka Gangguan Trafo Distribusi Relatif Masih Tinggi, Harus Ditekan Gangguannya (Target Kinerja).

Pengaman Trafo Distribusi Harus Sesuai Standar dan Berfungsi Secara Optimal.

Pemahaman SDM Terhadap Sistem Pengaman Trafo Distribusi Perlu Terus Ditingkatkan

(4)

4

3 kumparan yang menerima arus listrik (kumparan arah primer) (sirkit listrik)

Sirkit maknetis (besi bagian atas tidak ditunjukkan) inti kern

3 kumparan yang mengeluarkan arus (kumparan

sekunder)

Semuanya itu direndam dalam minyak

transformator pada suatu bak / tangki

Konstruksi Trafo

(5)

5

Tegangan Pengenal & Penyadapan

Tegangan Primer

 Sistem 3 Fasa 3 Kawat = Vn = 20 KV

 Sistem 3 Fasa 4 Kawat 20/V3 = Per Fasa 12 KV

Tegangan Sekunder

 Sistem JTR 3 Fasa 4 Kawat = 220 / 380 V

 Trafo 3 Fasa 4 Kawat = Vn = 231 / 400 V

S a d a p a n  Tiga Langkah:

21 KV – 20 KV – 20 KV

 Tiga Langkah:

21 KV – 20,5 KV – 20 KV – 19,5 KV – 19 KV

(6)

6

Efisiensi Transformator

Losses Inti Besi (Beban Nol)

Losses Tembaga (Berbeban)

(7)

7

Beban Tak Seimbang vs Efisiensi

%

efi

si

en

si

<

% tak seimbang >

Sumber: Hotdes Lumbanraja, Pengaruh Beban Tidak Seimbang Terhadap Efisiensi Transformator Tiga Fasa

Aplikasi Pada Laboratorium Fakultas Teknik USU, Medan, 2008

(8)

8

Beban Tak Seimbang vs Losses Trafo

% tak seimbang >

l

o

s

e

s

>

Sumber: Hotdes Lumbanraja, Pengaruh Beban Tidak Seimbang Terhadap Efisiensi Transformator Tiga Fasa

Aplikasi Pada Laboratorium Fakultas Teknik USU, Medan, 2008

(9)

9

Biaya Losses vs Biaya Trafo

(10)

10

Gangguan Pada Trafo

(11)

11

Susut Trafo Distribusi

•DROP TEGANGAN MAKS 3 %; PEMBEBANAN TRAFO 50 – 60 %

VEKTOR PENY BBN PER CPT

(12)

12

SUSUT UMUR SEBAGAI FUNGSI DARI SUHU TITIK PANAS LILITAN C

c SUSUT UMUR

Suhu vs Umur Trafo

TRAFO DIBEBANI MELEBIHI DAYA PENGENALNYA PADA SUHU SEKITAR TERTENTU TETAPI HARUS DIBATASI OLEH LAMANYA PEMBEBANAN LEBIH, PENGATURAN PEMBEBANAN HARUS DILAKUKAN

AGAR SUSUT UMUR TRAFO SESUAI DENGAN YANG DIRENCANAKAN

(13)

13

PENGUKURAN TEMPERATUR TRANSFORMATOR TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN INFRA RED

Kondisi baik

(lanjutan) Suhu vs Umur Trafo

(14)

14

TEMPERATUR KONEKTOR KARENA

LOOSE CONTACT

Catatan :

Untuk temperatur diatas 40° Celsius diperiksa/kencangkan ulang

Kondisi

baik Kondisi

tdk baik

(lanjutan) Suhu vs Umur Trafo

(15)

15

MASALAH HARMONIK

PADA

JARDIS TR & TRAFO

PT. PLN (Persero)

(16)

16

Penyebab Harmonik

Tanur Besi

TV U P S

Mesin FAX Lampu Jenis

Kompak (LHE)

Komputer

Peralatan Elektronik Lainnya

(17)

17

Benan Linier: Beban yang memberikan Bentuk gelombang keluaran yang

linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impedansi

dan perubahan tegangan

Beban Non Linier: Bentuk gelombang keluarannya tak sebanding dgn tegangan dlm setiap setengan siklus sehingga bentuk

gelombang arus maupun tegangan keluarannya tdk sama dgn gelombang

masukannya (mengalami distorsi)

Sifat Beban Linier & Non Linier

(18)

18

Beban Linier dan Beban Non Linier

Masalah Harmonik

Beban Lampu Pijar vs Personal Computer (PC)

(19)

19

Gelombang Sinus & Distorsi Harmonik

Bentuk gelombang tegangan & arus serta hasil Daya P (217 W) sinus murni

Sumber: Alex McEachern’s, (alex@powerstandards.com)

Power Standars Lab (PSL)

Power Quality Teaching Toy, Edition 3.0.4

Masalah Harmonik

Bentuk gelombang tegangan sinus sedangkan arus memiliki harmonisa orde 3 akibatnya

(20)

20

Domain Harmonik

(21)

21

Indikator-Indikator Yang Dipakai Untuk Mengukur & Mengevaluasi Distorsi Harmonik Arus & Tegangan

Masalah Harmonik

Harmonic-Distortion Values Harmonic

Spectrum

Distortion Power (VAd)

Crest Factor (CF)

Power Factor (PF)

(22)

22

Regulasi dan Standar Harmonik

Masalah Harmonik

Permen ESDM No. 04 Tahun

2009

Aturan Distribusi Tenaga Listrik

(Distribution Code)

Standar IEEE 519-1992

Recommended Practices & Requirements For Harmonic

(23)

23

EFEK HARMONIK

PADA

JARDIS TR & TRAFO

PT. PLN (Persero)

(24)

24

Losses Lebih Besar di Jaringan Distribusi

1200 1400 1600 1800

Ploss Fund Ploss Harm

1401.4

1608.75

Watt

Justifikasi Perbandingan Losses TR

Sumber 220 V

Beban 200 V

Z = 0,286 Ώ

Sumber: Michael Z. Lowenstein, Ph.D, Harmonic Current and Voltage Distortion

Harmonics Ltd. Nov 1, 2002 12:00 PM

Di Jaringan Distribusi 1 Fasa

Untuk Tiga Fasa Termasuk Losses Di Kabel Netral

(25)

25

Di Transformator Distribusi

0

Kondisi Harmonisa

160

91,2 KVA

Justifikasi Penurunan (Derating) Kapasitas Trafo

KVA BARU KVA

LAMA

Sumber: Dr. Prasad Enjeti, Texas A& M University, PSERC Online Seminar, February 13, 2001

Computer Business Equipment Manufactur Association-Transformer Harmonic Derating Factor (THDF)

Penurunan Kapasitas Trafo

(26)

26

Losses Trafo >> & Efisiensi Trafo <<

Sumber: Energy Saving Opportunities for Transformers by Hans De Keulenaer, Outokumpu Tara Mines Energy Efficient Motors & Transformers Workshop, May 7, 2002

No load loss

Conventional load loss excl

harmonics

Extra loss due to harmonics

Di Transformator Distribusi

Efek Harmonik

(27)

27

Efek Harmonik Arus Orde Tiga Berampak Panas Di Trafo

Di Transformator Distribusi Tiga Fasa ∆ - Y

(28)

28 Efek Lain Di Trafo

Terjadi Panas Berlebihan di Kumparan Inti (Iron Core)

Efek Harmonik di Trafo, Peralatan & Lainnya

Efek Pada Peralatan Lainnya

Efek Harmonik

Efisiensi Trafo Semakin Rendah Dibandingkan Kondisi Fundamental (Non Harmonik)

Terjadi Bunyi Berisik (Noise) & Efek Kulit (Skin Effect) di Trafo

Trafo Meledak Kegagalan Isolasi Karena Harmonik Tegangan

Losses Belitan (I²R) & Arus Bocor (Stray Current) Meningkat

Belitan Motor & Generator Panas, Saturasi CT Proteksi, Relai Proteksi, Resonansi, Fuse Capacitor Terbakar, UPS Rusak, DLL

Efek Ekonomi & Kebijakan Energi (Energy Policy)

Reduksi Umur Peralatan, Cost Bertambah (Beli Alat), Membutuh Alat Ukur Berbasis PQ, TDL di Negara Lain Telah Menerapkan “Harmonic Injection

(29)

29

SOLUSI / TEKNIK

MITIGASI HARMONIK

PT. PLN (Persero)

(30)

Modifikasi Instalasi

30

Solusi / Teknik Mitigasi Harmonik

(D). Dyd (Mengeliminir H5 & H7), Dy (Mengeliminir H3) DZ 5 (Mengelimir H5)

(B) (A)

(A), (B), & (C): Memisahkan instalasi beban linier & non linier

Sumber: Harmonic Management, Schneider Electric, 2008

(31)

Memasang Filter

31

Solusi / Teknik Mitigasi Harmonik

(B) (A)

(C)

(A) Active Filter

Untuk Pelanggan Daya < 200 kVA (B) Untuk Pelanggan

Industri 200 kVA >

(B) Untuk Pelanggan Industri 200 kVA >

Tujuan:

Mereduksi distorsi

harmonik & untuk Power Factor Correction (PFC)

Sumber: Harmonic Management, Schneider Electric, 2008

Active Filter

Hybrid Filter

(32)

Memilih Sistem Pentanahan Yang Tepat

32

Solusi / Teknik Mitigasi Harmonik

Should be choosed the right instalation grounding system The instalation grounding system are includes:

TN, TN-C (PEN), TN-S, TN-C-S, TT and IT.

TN-S is suitable for harmonics case

If any triplen harmonic cutrrent flow back to neutral

conductor the voltage distortion doesn’t effect on grounding

conductor

TN-S System

TOP  _{Radial or “daisy chain” grounding}Although Code compliant per NEC, small differences in potential can cause unintended Ground Loops

BOTTOM  Best method for grounding is via dedicated equipment grounding conductors back to the source

BOTTOM TOP

TN-C IH_IUnd3 &

IUNBALANCE + IH3

(33)

Memasang ZSH Filter Untuk Mereduksi Harmonik Orde 3 (Triplen) di Kawat Netral

Solusi / Teknik Mitigasi Harmonik

(A) (A) Gambar instalasi sistem tiga fasa tiga kawat. ADA beban harmonik kelipatan orde 3 di kawat netral sekunder dan di belitan delta primer, karena belum menggunakan ZSHF

(Zero Sequence Harmonic Filter)

33

(B) Gambar instalasi sistem tiga fasa tiga kawat. TIDAK ADA beban harmonik kelipatan orde 3 di kawat netral

sekunder dan di belitan delta primer,

karena telah direduksi menggunakan

ZSHF (Zero Sequence Harmonic Filter)

(B)

Sumber: Harmonic Mitigataing Transformers (HTM’s),

(34)

34

PERALATAN PENGAMAN

(KOORDINASI PELEBUR)

PT. PLN (Persero)

(35)

Rekomendasi Pemilihan Pelebur

35

(36)

Untuk rasio lebur <1 hanya dapat digunakan bila beban puncak transformator masih lebih kecil dari

kapasitas pengenal.

(lanjutan) Jenis Pelebur

36

(37)

Tabel Fuse Link TM Sesuai Kapasitas Trafo (lanjutan)

37

(38)

38

Tabel Kabel Naik/Turun TR (lanjutan)

38

(39)

39

Tabel NH Fuse TR

CATATAN :

TIC 35 MAX BEBAN 100 AMP ; TIC 50 MX BEBAN 160 AMP DAN TIC 70 MAX 200 AMP

BILA MELEBIHI KAPASITAS MAX TIC, MAKA LAKUKAN PEMECAHAN BEBAN

(lanjutan)

(40)

40

(lanjutan) Pengaman Trafo Distribusi

40

(41)

41

Gambar :Contoh Kurva Kordinasi antara pelebur primer dan sekunder untuk mengamankan trafo 400 kVA pasangan luar

288,5 2

0,7

0,025

A -> KURVA KETAHANAN PELEBUR

In = 11,547 A

C-> KURVA KETAHANAN TRAFO 400 KVA

(lanjutan) Kurva Koordinasi Pelebur TM / TR

(42)

42

TABEL BATAS KETAHANAN HUB. SINGKAT (lanjutan)

(Menurut SPLN 50 : 1982)

(43)

43

PENYEBAB dan PENGAMAN

TEGANGAN LEBIH

PT. PLN (Persero)

(44)

44

Pembentukan Petir

Awan dari daerah bermuatan positif

dan negatif.

Pusat-pusat muatan ini menginduksikan

muatan memiliki polaritas berlawanan

ke awan yang terdekat atau bumi

(45)

45

Negative Downward Lightning Cachoeira Paulista (Brazil)

Positive upward lightning Nadachi (Japan)

Jenis Petir (Lightning Types)

(46)

46

Akibat Sambaran Petir

(47)

47

U = Z₀x i/2

Tegangan Lebih Sambaran Langsung

(48)

48

Tegangan Lebih Surja Hubung

(49)

49 Konstruksi Pemasangan Batang Pengaman

PHG Pada SUTM

Batang Penangkal Petir

Jika :

A = 80 CM, B = 80 CM dan C = 30 CM Maka D = B + C = 110 CM

Tinggi Minimal Batang Pengaman PetirTerhadap Sumbu / Garis Datar Konduktor Adalah = E

Tinggi E dapat dicari dengan rumus:

E = D x tan 600_{= 110 CM x 1,732 = 190,52 CM}

Maka panjang batang pengaman Petir = E + F = 190,52 CM + F

Panjang F dusesuaikan dengan kebutuhan Kebutuhan sekitar 30 – 40 CM

KAWAT PENTANAHAN

(50)

50

Spesifikasi Lightning Arrester (LA)

Pengaman Tegangan Lebih (Petir)

18 kV, 5 kA

Pada Sisi Trafo Distribusi Hub. Bintang Ditanahkan

24 kV, 5 kA (Seri A)

Pada Sisi Trafo Distribusi Hubungan Delta

24 kV, 10 kA

(51)

51

Konstruksi Pemasangan Arrester Yang Kurang Efektif

R _S _T TITIK NETRAL & RANGKA GARDU MENIMBULKAN

IMPEDANSI TINGGI TERHADAP SURJA PETIR

HANTARAN PHASA

(52)

52

KONSTRUKSI PEMASANGAN ARRESTER PADA GARDU TIANG YANG KURANG EFEKTIF

R _S _T

ARRESTER _{CUT OUT}

TRAFO KONDUKTOR

SUTM

MENIMBULKAN IMPEDANSI TINGGI TERHADAP SURJA PETIR

PENTANAHAN ARRESTER

PENTANAHAN TITIK NETRAL & RANGKA GARDU HANTARAN PHASA

R _S _T

Konstruksi Pemasangan Arrester Yang Kurang Efektif

(53)

53

KONSTRUKSI PEMASANGAN ARRESTER PADA GARDU TIANG YANG BENAR / EFEKTIF

R _S _T

ARRESTER _{CUT OUT}

TRAFO

PENTANAHAN TITIK NETRAL & RANGKA GARDU PENTANAHAN

ARRESTER

MEMPERKECIL IMPEDANSI TERHADAP SURJA PETIR

HANTARAN PHASA

E primer

Konstruksi Pemasangan Arrester Yang Bener / Efektif

(54)

PENTANAHAN ARRESTER

PEMASANGAN ARRESTER YANG KURANG EFEKTIF KARENA DAPAT MENGHAMBAT

GELOMBANG PETIR PEMASANGAN

ARRESTER YANG LEBIH EFEKTIF

PENTANAHAN ARRESTER

TERMINAL KABEL TERMINAL KABEL

Konstruksi Pemasangan Arrester Pada Peralihan SUTM Dengan SKTM

Pengaman Tegangan Lebih (Petir)

(55)

55

KONSTRUKSI PEMASANGAN ARRESTER PADA PERALIHAN SUTM DENGAN SKTM

PENTANAHAN ARRESTER PEMASANGAN

ARRESTER YANG KURANG EFEKTIF

TERMINAL KABEL CATATAN :

APABILA ADA GELOMBANG PETIR DARI ARAH KANAN MAKA KABEL AKAN LEBIH DAHULU TERKENA PENGARUH GELOMBANG PETIR, SEBALIKNYA KABEL AKAN AMAN BILA GELOMBANG PETIR DATANG DARI ARAH KIRI

KIRI KANAN

(56)

56

TERMINAL KABEL

CATATAN :

APABILA ADA GELOMBANG PETIR BAIK DARI ARAH KANAN MAUPUN DARI ARAH KIRI MAKA KABEL AKAN TETAP AMAN

KANAN KIRI

(57)

57

TERMINAL KABEL

CATATAN :

APABILA ADA GELOMBANG PETIR BAIK DARI ARAH KANAN MAUPUN DARI ARAH KIRI MAKA KABEL AKAN SANGAT AMAN TETAPI KURANG EFISIEN (BOROS), KARENA PEMASANGAN ARRESTER BERLEBIHAN.

KANAN KIRI

PEMASANGAN

ARRESTER TAMBAHAN Konstruksi Pemasangan Arrester

Pada Peralihan SUTM Dengan SKTM

(58)

58

Sistim Pentanahan Terpisah

Pada Arrester & Titik Netral Trafo Di Gardu Distribusi

< 1,7 OHM <=10 OHM HANTARAN NETRAL

DIKETANAHKAN

Rt harus diusahakan sekecil mungkin agar dapat secepatnya mengeliminir besarnya surja petir, pemisahan pentanahan Arrester dengan pentanahan Titik Netral dapat mencegah terjadinya perambatan Gelombang Petir ke Trafo maupun ke Jaringan

TRAFO

(59)

59 HANTARAN NETRAL

DIKETANAHKAN

Rt harus diusahakan sekecil mungkin agar dapat secepatnya mengeliminir besarnya surja petir, penggabungan pentanahan Arrester dan pentanahan Titik Netral dapat mengakibatkan perambatan Gelombang Petir masuk ke Trafo atau Jaringan.

Untuk itu penggabungan dilkukan didalam tanah agar tidak terjadi beda potensial antara arester dengan trafo dan body

< 1,7 OHM

Rt Rt < 1,7 OHM Rt

TRAFO

PENGGABUNGAN DIBAWAH TANAH

Pengaman Tegangan Lebih (Petir)

Sistim Pentanahan Disatukan Dalam Tanah

(60)

60 HANTARAN NETRAL

DIKETANAHKAN

Rt harus diusahakan sekecil mungkin agar dapat secepatnya mengeliminir besarnya surja petir, penggabungan pentanahan Arrester dan pentanahan Titik Netral dapat mengakibatkan perambatan Gelombang Petir masuk ke Trafo atau Jaringan.

Untuk itu penggabungan dilkukan didalam tanah agar tidak terjadi beda potensial antara arester dengan trafo dan body

Rt TRAFO

< 1,7 OHM Rt Rt < 5 OHM

DILARANG..! PENGGABUNGAN DIATAS TANAH

Pengaman Tegangan Lebih (Petir)

Sistim Pentanahan Disatukan Diatas Tanah

(61)

61

Kerusakan Trafo Dapat Disebabkan Oleh:

1. Pelaksaan dan Kontrol Manajemen Pemeliharaan Trafo (Inspeksi Rutin, Prediktif dan Preventif) Yang Tidak Terjadwal dan Tidak Efektif

2. Beban Overload & Miskoordinasi Pengaman Lebur + Beban Tak Seimbang + Beban Harmonik

3. Kelembaban, Lingkungan Gardu dan Peralatan Gardu Trafo, Isolator, Arrester & Cut Out Terpasang Kotor (Polutan)

4. Tegangan Lebih Sambaran Petir (Lightning Strike) & Surja Hubung

Akibat Kawat Grounding Hilang, Arrester Rusak, Kawat Pentanahan Hilang, Banyak Sambungan dan Sambungan Kendor (Z >) di Insatalasi, Nilai Pentanahan Tidak Sesuai > 1,73 Ω & Salah Konstruksi Sewaktu Pemasangan

5. Belum Ada Rasa Memiliki (Sense of Belonging), Belum Ada Tim Kerja atau Sudah Ada Tim Kerja Namun Belum Memiliki Karakter “Team Work” Secara Solid dan Efektif

Akibatnya Biaya Pemeliharaan Korektif Besar..!!!

Penutup

(62)

Presented by:

Maurits A. Paath, ST, M.Eng

(63)

(64)

64

Catatan :

1. BESARAN – BESARAN DITULIS SESUAI KONDISI 2. FCO DITULIS SESUAI STANDARD TRAFO

3. NH FUSE SESUAI BEBAN JURUSAN DAN MAX TRAFO

JTM

RASIO CT MDI ….. AMPER

KHUSUS PEMASANGAN NH FUSE 1. INDUSTRI NH FUSE SESUAI KONTRAK 2. PELANGGAN UMUM

NH FUSE DIPASANG 100 A U/ TIC 35 NH FUSE DIPASANG 200 A U/ TIC 70

Gardu Portal

REFERENSI FORMAT PASKA PEMELIHARAAN

REFERENSI ANALISA BIAYA

(lanjutan) Sinle Line Diagram

(65)

65

Koordinasi Proteksi Transformator Sederhana

KVA

PECAH BEBAN

1. KHA. TIC

2. BEBAN TERSEBAR

STD. KON. 1

STD. KON. 2

(lanjutan)

(66)

PROTEKSI GARDU DISTRIBUSI 66

Koordinasi Proteksi Sederhana Di Transformator

NHFUSE

1,1 x In 360”

FUSE LINK

1,2 x In 2”

KURVA TRAFO

3 x In 300”

KAJIAN LMK

(lanjutan)

(67)

(68)

(69)

Tabung pelebur

lead konduktor , tabung pertinaks & elemen pelebur

Rumah pelebur

(70)

Maka Rugi-Rugi Jaringan (Losses) / PLoss Fundamental & PLoss Harmonisa, adalah:

PLoss Fund = I² x Z = 70² x 0.286 = 1.401, 4 Watt

PLoss Har = I² x Z = 75² x 0.286 = 1.608,75 Watt

Kesimpulan:

Rugi-Rugi Jaringan (Losses) kondisi harmonisa “LEBIH BESAR” dibandingkan dengan kondisi Fundamental.

(71)

(72)

(73)

Effect of Displacement Power Factor on Power System Losses for Sinusoidal Example

(Note: losses are expressed in per unit of nominal sinusoidal

case where pf true = pfdisp = 1.0)

Effect of Displacement Power Factor on Power System Losses for Nonsinusoidal

Example (Note: harmonic amperes held constant at the level

corresponding to the following: THDI = 100% , pf disp = 10. .

Losses are expressed in per unit of nominal sinusoidal case

(74)

(75)

(76)