Proteksi Transformator

PROTEKSI

TRANSFORMATOR

Oleh

1. PENDAHULUAN.

Fungsi transformator ialah memindahkan energi dari satu tegangan ke tegangan yang lain secara magnetik

Transformator (trafo) dapat merupakan fase tunggal ataupun fase tiga.

Arus penguatan trafo dari 0,1% - 0,6% untuk trafo tenaga, dan 0,5% s/d 2,5% untuk trafo distribusi, sehingga kapasitas trafo sisi primer praktis sama dengan sisi sekender.

Pendinginan trafo

- ONAN : Oil natural air natural - ONAF : Oil natural air force

2. JENIS & SIFAT GANGGUAN

Gangguan di luar daerah pengamanan yang berpengaruh pada trasformator

Gangguan hubung singkat pada jaringan, dan kemungkinan kegagalan relai

Beban lebih

Surja petir atau surja hubung

Gangguan di dalam daerah pengamanan

Gangguan pada lilitan trafo

Hubung singkat antar fase

Hubung singkat antar fase dan badan (bumi) Hubung singkat antar belitan

Tegangan lebih (penguatan lebih, over excitation) Suhu lebih

Gangguan pada inti

Gangguan pada sadapan (tap changer) Gangguan pada bushing

Kebocoran minyak, atau minyak terkontaminasi (umumnya dengan uap air)

Sifat Gangguan

(a) Gangguan serius yang dapat dideteksi oleh arus atau tegangan, karena arusnya besar atau tegangannya

seimbang tidak seimbang (b) Gangguan insiepient

Gangguan ini kecil dan tidak dapat dideteksi oleh relai arus atau tegangan tetapi potensial dan

3. POLA PROTEKSI TRAFO

LBS T.M T.R Sekring MCCB Trafo distribusi T.M = Tegangan menengah T.R = Tegangan rendah LBS = Load Break Switch

MCCB = Molded Case Circuit Breaker Trafo Distribusi

Trafo Distribusi

F 51 = Relai arus lebih CB T.M T.R MCCB Trafo distribusi F 51 T B T = Relai suhu B = Relai Bucholz

Trafo Tenaga

F 51 = Relai arus lebih T T = Tegangan Tinggi B = Relai Bucholz CB T.T T.M CB Trafo Tenaga F 51 T B F 51 T = Relai suhu

Trafo Tenaga F 87 = Relai diferensial CB T.T T.M CB F 51 T B F 51 F 87

2. JENIS GANGGUAN

Gangguan Di Luar Daerah Pengamanan Yang Berpengaruh Pada Trasformator

Gangguan hubung singkat pada jaringan, dan kemungkinan kegagalan relai

Beban lebih

V F Conservator Trip Alarm Bushing TRAFO TENAGA R. Bucholz

4. RELAI BUCHOLZ.

Relai Buchholz fungsinya mendeteksi gas yang timbul di dalam transformator karena adanya percikan bunga api atau pemanasan setempat di dalam transformator.

Tingkat 1 : mendeteksi gangguan inciepient Siny Tingkat 2 : gangguan hubung singkat Trip

Analisa gas yang terkumpul di dalam relai Bucholz

H2 dan C2H2 menunjukkan adanya busur api pada minyak antara bagian-bagian konstruksi

H2, C2H2 dan CH4 menunjukkan adanya busur api

sehingga isolasi phenol terurai, misalnya terjadi gangguan pada sadapan.

H2, C2H4 dan C2H2 menunjukkan adanya pemanasan pada sambungan inti.

H2, C2H, CO2 dan C3H4 menunjukkan adanya pemanasan setempat pada lilitan inti.

5. RELAI SUHU LILITAN

6. RELAI TEKANAN MEMDADAK.

Transformator yang tidak menggunakan konservator, tidak dapat dipasang relai Bucholz, dalam hal ini dipasang relai tekanan mendadak.

Tipikal seting relai ini untuk bekerja dengan kecepatan

kenaikan tekanan 5g / cm / detik dan minimum beda tekanan 20 g /cm

Oil Oil

7. PENGAMAN DENGAN SEKRING & MCCB. LBS T.M T.R Sekring MCCB Trafo distribusi Trafo distribusi

Trafo distribusi dari tegangan menengah ke tegangan rendah tanpa pemutus tenaga di TM tetapi menggunakan LBS proteksi seperti gambar di atas.

Contoh karakteristik sekring dan MCCB

Penentuan seting MCCB

Penentuan seting overload relai pada MCCB didasarkan pada kemampuan pembebanan dari transformatornya. Penentuan seting seketikanya didasarkan dengan arus hubung singkat yang terjadi di rel tegangan rendah.

Penentuan elemen sekring

Sekring di TM pada dasarnya untuk mengamankan bila terjadi hubung singkat di dalam trafo distribusinya.

Dengan demikian didasarkan besarnya arus hubung singkat yang mungkin terjadi, dalam hal ini diambil besarnya arus hubung singkat di rel TR.

Arus hubung singkat Sirkit ekivalen T.M T.R MVA_HS MVA_T T.R MVA_HS MVA_T %Z %Z % 100 * MVA MVA Z % HS T S = NT T S HS *I Z % Z % 100 I + =

MVA_HS = MVA hubung singkat sisi TM

MVA_T = MVA trafo distribusi %Z_T = %Z_T sumber

8. PENGAMAN DENGAN RELAI ARUS LEBIH. CB T.T _T.M CB Trafo Tenaga F 51 T B F 51

Trafo tenaga yang relatif kecil misalnya < 10 MVA hanya diamankan dengan relai arus lebih

Fungsi relai arus lebih di sisi sekundair

Sebagai pengaman utama bila terjadi gangguan setelah trafo dan gangguan di rel TM

Sebagai pengaman cadangan bila proteksi penyulang (feeder) TM bila gagal bekerja.

Dasar seting relai arus lebih dengan waktu F 51

Seting arus harus dapat menjangkau ujung saluran penyulang yang terpanjang

Seting waktu dikoordinasikan dengan relai pada penyulang

Karakteristik relai harus sama dengan relai di penyulangnya. Bila di TM terdapat pembumian dengan tahanan

(resistans), seting arus pada resistans diusahakan sesuai dengan kontinyu rating dari tahanannya, dengan

koordinasi waktu dengan relai di penyulangnya.

Seting waktu seketikanya (instantaneous, moment) F 50

Bila diseting akan tidak selektif dengan relai di penyulangnya

Bila tidak diseting, kalau terjadi gangguan setelah trafo sampai rel TM akan bekerja dengan perlambatan waktu sesuai dengan seting waktunya.

Cara mengatasi digunakan relai numerikal dan disusun logic seperti gambar di bawah

F 50 F 50

F 50

Fungsi relai arus lebih di sisi primair

Sebagai pengaman utama trafo

Sebagai pengaman cadangan bila proteksi trafo sisi sekundair gagal bekerja.

Dasar seting relai arus lebih dengan waktu F 51

Seting arus harus dapat menjangkau rel sisi TM

Seting waktu dikoordinasikan dengan relai trafo pada sisi sekundair.

Dalam keadaan terpaksa dapat disamakan / bila terdapat relai diferensial trafo

Seting waktu seketikanya (instantaneous, moment) F 50

9. PENGAMAN GANGGUAN TANAH. Gangguan 1 fase ke bumi (badan).

Besar arus gangguan satu fase ke bumi tergantung :

- Hubungan transformator

- Suplai dari sisi delta (segitiga) atau bintang

Proteksi gangguan tanah.

Relai arus lebih untuk mendeteksi arus sisi untuk trafo dengan sambungan delta (d), proteksi restricted earth

Gangguan 1 fase ke bumi di dalam daerah proteksi

9. PENGAMAN DEFERENSIAL.

Untuk transformator yang besar umumnya di atas 10 MVA untuk pengamanan gangguan antar fase digunakan relai

diferensial.

Relai arus lebih hanyalah merupakan pengaman cadangan. Pengaman diferensial merupakan pengamanan yang

mempunyai selektif mutlak, artinya batas daerahnya apakah untuk sumber dari satu sisi atau 2 sisi serta untuk

pembangkitan yang berubah-ubah adalah tetap.

Batas pengamanan ialah antara CT masuk dan keluar dari daerah/alat yang diamankan.

Dasar proteksi diferensial. CT₁ F 87 CT₂ Daerah proteksi I₁ I2 i₂ i₁ i_d I₁ = I₂ i₁ = i ₂ i_d = 0

I₁ = besar I₂ = 0 i₁ = besar i ₂ = 0 i_d = i₁

Relai diferensial bekerja

Gangguan dalam daerah proteksi, sumber 1 sisi

CT₁ F 87 CT₂ Daerah proteksi I₁ i₁ i_d

I₁ = besar I₂ = besar i₁ = besar i ₂ = besar i_d = i₁ + i ₂

Gangguan dalam daerah proteksi, sumber 2 sisi

CT₁ F 87 CT₂ Daerah proteksi I₁ I2 i₂ i₁ id L L

Proteksi Diferensial Pada Transformator F 87 = Relai diferensial CB T.T T.M CB F 51 T B F 51 F 87 ACT I₁ I₂

Hal-hal yang harus diperhatikan

Arus primer (I₁) tidak sama dengan arus sekunder (I₂)

Arus primer (I₁) belum tentu sama fasenya dengan arus

sekunder (I₂), tergantung vektor grupnya

Hal ini menyebabkan

Trafo arus 1 (CT₁) tidak sama dengan Trafo arus 2 (CT₂)

Rangkaian sekunder harus disesuaikan dengan vektor grup transformatornya

Salah satu contoh sambungan relai diferensial untuk transformator dengan Yd1

Penyesuaian sudut pada ACT

Relai diferensial Numerikal

Penyesuai sudut dan ACT pada relainya.

TRAFO ARUS PEMBANTU (Auxilliary CT, ACT) Fungsi ACT :

Hubungan yd sisi sekendernya 5/V3 atau 1/V3

Untuk menyesuaikan arus sekender CT sisi Primer dan sisi Sekender.

Untuk menyesuaikan pergeseran sudut fase.

Perbandingan tranformasi untuk penyesuai sudut fase:

Hubungan yy sisi sekendernya 5 A atau 1 A

Letak ACT :

a. Arus CT di sisi primer b. Arus CT di sisi sekender

c. Arus CT di sisi primer dan sekender

Contoh perhitungan Tap ACT

Menggunakan ACT jenis 5 + 10 x 0,25 / 5 A

Primer : 2,5 - 2,75 - . . . - 4,75 - 5 - 5,25 - . . . - 7,25 - 7,5 Sekunder : 5 A

Arus nominal sisi H Arus nominal sisi M A 231 3 150 60000 IH = = 3012A 3 5 . 11 60000 IM = =

Primer CT dipilih : Primer CT dipilih 3000 A

A

400

3

231

=

Sekender CT untuk sisi H dan L dipilih 5 A

A . 89 , 2 A . 231 * 400 5 iH = = *3012.A 5,02.A 3000 5 iM = = A 01 , 5 A 3 89 . 2 ' i H = =

Tap ACT 02 , 5 01 , 5 5 x ₌ 5 5 * 02 , 5 01 , 5 x = =

Misalkan CT dipilih 300/5 A sisi H dan 3000/5 A sisi M A . 85 , 3 A . 231 * 300 5 iH = = _{*3012.A 5,02.A} 3000 5 iM = =

A

.

67

,

6

A

3

85

.

3

'

i

H

=

=

i_H" = I_M = 5,02 A Tap ACT 02 , 5 67 , 6 5 x = *5 6,64 02 , 5 67 , 6 x = =

10. ARUS INRUSH PADA SAAT STRAT.

Komponen arus inrush mengandung arus searah dan bermacam harmonis.

Tipikan besarnya arus searah dan komponen harmonis seperti tabel

Komponen harmonis.

Komponen d.c Harmonis

2 3 4 5 6 7 Nilai tipilal 40-60 30-70 10-30 5,1 4,1 3,7 2

Untuk menghindari kesalahan kerja relai diferensial di antaranya

- Menahan harmonis - Memblok harmonis.

- Memblok secara resonansi

Arus inrush hanya dirasakan pada sisi dimana trafo tersebut dimasukkan, sedang sisi lainnya tidak

Contoh ACT dinyatakan jumlah lilitan.

Number of turn Transformer rating Number of turn Transformer rating Preliminary tap Preliminary tap

Terminal 5/5 A 5/1 A 1/1 A Terminal 5/5 A 5/1 A 1/1 A 1 - 2 1 1 5 X - 7 5 5 25 2 - 3 1 1 5 7 - 8 5 5 25 3 - 4 1 1 5 8 - 9 5 9 25 4 - 5 1 1 5 S₁ - S₂ 25 125 125 5 - 6 25 25 125 S3 - S4 18 90 90

Perhitungan jumlah lilitan diambil CT_H 300/5 dan CT_M 3000/5 A

Dari perhitungan butir a didapat i_H' = 6,67 A dan i_M" = 5,02 A

Dipilih N_M = 18 lilitan I_H N_H = I_M N_M L = N /I_H" * N_H tan beli .. 19 25 * 67 , 6 02 , 5 N * i i N M " H ' MH H = = =

Relai diferensial dengan sadapan (tap) pada relai

Dari contoh di atas seting tap sisi 150 kV ialah 5,02 A ----> 5 serta sisi 11,5 kV ialah 6,67 A ---> 6,75

Mis Match

Bila kedua sisi mempunyai ACT dan antara perhitungan (keadaan ideal) dan kenyataan tap yang ada berbeda, maka akan terjadi kesalahan, kesalahan ini disebut mis match dan besarnya : % 100 * s T T Tis T = match Mis s p ip ₋

a. ACT di dua sisi.

a. ACT di satu sisi.

% 100 * s T T = match Mis i −

dimana :

T = sadapan yang ada

T_i = Sadapan idial

T_ip = Sadapan idial sisi primer

Tis = Sadapan idial sisi sekunder

T_p = Sadapan yang ada sisi primer

Ts = Sadapan yang ada sisi sekunder

kecil yg dipilih T T ataau T T s s p is ip =

PENYETELAN KECURAMAN

A. Sadapan trafo dayanya dalam %

B. Kemungkinan kesalahan CT sisi primer dan sisi sekunder C. Mis match

D. Arus beban nol dalam % E. Faktor keamanan

Sebagai contoh :

Trafo daya 60 MVA, 150 +/- 10% /20 kV, A. Sadapan trafo dayanya 10%

B. Kemungkinan kesalahan CT sisi primer dan sisi sekunder 2 x 5% = 10%

C. Berdasarkan perhitungan mis match = 3% D. Arus beban nol dalam = 0,5 - 1%

E. Faktor keamanan 5%

Dengan demikian penyetelan kecuraman : 29% atau diambil 30%

3 x I_P , 3 x I_S

Analog - digitel - conversiom

CT adaption

Vevtor group adaption I_diff calculate

I_Rest calculate

fault

Protection program

- ceking of characteristic (I_diff>)

- rush detecttion - oferflux detection - I_dif >>

- monitiring of CT saturation - data fault recording

- data even recordin

Routin program

- output signal monitoring

- plausibility check

- monitoring of measure value

- procedure check

Penyesuai sudut dan ACT pada relainya dinyatakan dalam seting.

Lampiran

PENYAMBUNGAN RELAI DIFERENSIAL Bilangan jam (vektor grup) trafo daya .

Vektor grup trafo daya menentukan pergeseran sudut arus primer dan arus sekundernya, hal ini sangat menentukan sambungan relai diferensial.

Vektor tegangan dan arah arus pada trafo daya atau trafo arus. Dasar menentukan sambungan trafo didasarkan vektur grup trafo

- Sambungan Yy - Sambungan Yd

Vektor tegangan dan arah arus pada trafo daya atau trafo arus.

Cara penyambungan relai diferensial Yd1 (penyesuai sudut fase pada CT utama)

Tahap 1 : Tentukan sambungan trafo daya didasarkan vektor grup.

Tahap 2 :

- CT di sisi delta (d) pada trafo dayanya disambung bintang. - Penyesuai fase di CT primer

- Tentukan arus sisi sekender didasarkan arus primer, di samping itu arah arusnya.

Tahap 3 :

Sambung relai diferensial dan arus sekender CT yang

Tahap 4 :

Sambung arus sekender CT pada sisi Y didasarkan arus yang ditentukan pada tahap ke 3.

Cara penyambungan relai diferensial Yd1 (penyesuai sudut fase pada ACT)

Tahap 1 :

- Tentukan sambungan trafo daya didasarkan vektor grup. - Tentukan arus sisi primer maupun sisi sekunder

Tahap 2 :

- CT di sisi delta (d) dan bintang (Y) pada trafo dayanya disambung bintang, penyesuai fase di ACT sehingga

sambungannya yd. ACT sisi primer disambung y dan sisi sekunder disambung d

- Tentukan arus sisi sekunder didasarkan arus primer, disamping itu arah arusnya.

Tahap 3 :

- Sambung relai diferensial dan arus sekunder CT yang seharusnya pada sisi bintang Y didasarkan arus pada sisi delta

Tahap4 :

- Sambung arus sekunder ACT pada sisi d didasarkan arus yang ditentukan pada tahap ke 3.

Cara penyambungan relai diferensial Yy0

Penyesuai sudut fase pada CT utama, dalam hal ini

sambungan CT di primer maupun sekunder ialah sambungan delta (d)

Pada dasarnya salah satu sisi CT disambung delta, dalam hal ini bebas.

Kemudian sambungan CT sisi lainnya mengikuti sambungan CT sisi lainnya.

Sambungan relai diferensial Yy0