BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Transformator
Trafo atau yang sering bisa disebut dengan Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak - balik (AC). Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/ daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah (Step down) atau menaikan tegangan rendah ke tegangan tinggi (Step Up). Dan tegangan di ubah termasuk untuk keperluan pengiriman tenaga listrik, untuk menyesuaikan tegangan, untuk mengadakan pengukuran dari besaran listrik, dan untuk memisahkan rangkaian yang satu dengan yang lainnya.
2.2 Letak Kumparan Terhadap Inti
Berdasarkan kedudukan ( letak ) kumparan terhadap inti, maka jenis transformator ini ada 2 macam, yaitu :
2.2.1 Core Type (Jenis Inti)
Pada jenis inti kedudukan kumparan mengelilingi inti besi, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.1 berikut ini ;
Gambar 2.1 Jenis Transformator Core Type (Jenis Inti)
2.2.2 Shell Type (Jenis Shell)
Pada jenis Shell memiliki lilitan yang mengelililngi inti yang berada di tengah-tengah, untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut ini ;
Gambar 2.2 Jenis Transformator Shell Type (Jenis shell)
2.3 Komponen Pokok Trafo
Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan primer yang bertindak sebagai input atau dihubungkan dengan sumber listrik, kumparan sekunder yang bertindak sebagai output atau dihubungkan dengan beban, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
Gambar 2.3 Struktur BagianTransformator
2.4 Prinsip Kerja Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).
2.5 Komponen Isolasi Transformator
Konstruksi isolasi transformator daya, khususnya transformator bertegangan nominal tinggi adalah sangat rumit. Masing - masing komponen transformer yaitu belitan, elemen kumparan tegangan tinggi dan kumparan tegangan rendah harus di isolasi satu sama lain. Elemen kumparan di isolasi juga terhadap bagian-bagian yang di bumikan, yaitu inti dan gandar (body). Dengan demikian isolasi transformator dapat di bagi atas tiga jenis, yaitu:
2.5.1 Isolasi Minor
Isolasi minor yaitu isolasi yang mengisolasi antar satu belitan dengan belitan yang lain dalam satu elemen kumparan.
2.5.2 Isolasi Mayor
Isolasi mayor, yaitu isolasi yang mengisolasi kumparan tegangan tingi dengan bagian yang bertegangan rendah. Isolasi ini di bagi lagi menjadi dua bagian, yaitu isolasi utama, yang mengisiolasi kumparan tegangan tinggi dengan kumparan tegangan rendah dan isolasi gandar (body) yang mengisolasi belitan tegangan tinggi dengan gandar (body).
2.5.3 Isolasi Fasa
Isolasi fasa yaitu isolasi antar kumparan tegangan tinggi dengan kumparan tegangan tinggi yang lain pada transformator tiga fasa.
2.6 Jenis – Jenis Trafo Menurut Penempatannya
Jenis – jenis trafo menurut pemasangan atau penempatannya, dibedakan menjadi dua jenis yaitu :
2.6.1 Transformator Indoor
Transformator Indoor adalah transformator yang penempatannya ditempatkan di dalam ruangan tertutup.
2.6.2 Transformator Outdoor
Transformator Outdoor adalah Transformator yang penempatannya
ditempatkan di udara terbuka.
2.7 Jenis- Jenis Transformator Menurut Pemakaiannya
Jenis-jenis Transformator menurut pemakaiannya adalah sebagai berikut :
2.7.1 Transformator Step Up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer (Ns > Np), sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
2.7.2 Step Down
Transformator stepdown yaitu transformator yang mengubah tegangan
bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparanprimer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).
Gambar 2.5 Lambang Transformator Step Down
2.8 Bagian- Bagian Transformator
Bagian-bagian transformator adalah sebagai berikut :
2.8.1. Inti Besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluks, yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berisolasi, untuk mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh arus pusar atau arus eddy (eddy current).
Gambar 2.6. Inti Besi
2.8.2. Kumparan Transformator
Beberapa lilitan kawat berisolasi membentuk suatu kumparan, dan kumparan tersebut diisolasi, baik terhadap inti besi maupun terhadap kumparan lain dengan menggunakan isolasi padat seperti karton, pertinax dan lain-lain.
Pada transformator terdapat kumparan primer dan kumparan sekunder. Jika kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/ arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluks yang menimbulkan induksi tegangan, bila pada rangkaian sekunder ditutup (rangkaian beban) maka mengalir arus pada kumparan tersebut, sehingga kumparan ini berfungsi sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
2.8.3. Kumparan Tertier
Fungsi kumparan tertier adalah untuk memperoleh tegangan tertier atau untuk kebutuhan lain. Untuk kedua keperluan tersebut, kumparan tertier selalu dihubungkan delta atau segitiga. Kumparan tertier sering digunakan juga untuk penyambungan peralatan bantu seperti kondensator synchrone, kapasitor shunt dan reactor shunt, namun demikian tidak semua transformator daya mempunyai kumparan tertier.
2.8.4. Minyak Transformator
Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator, terutama pada transformator-transformator tenaga yang berkapasitas besar, karena minyak transformator-transformator mempunyai sifat sebagai media pemindah panas dan juga berfungsi pula sebagai isolasi sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.
Berikut ini adalah persyaratan yang harus dimiliki minyak transformator, yaitu:
Mempunyai kekuatan elektrik yang tinggi.
Mempunyai daya hantar panas yang baik.
Mempunyai berat jenis yang rendah. Jika minyak berberat jenis rendah, maka partikel – partikel yang melayang – laying di dalam minyak akan segera mengendap pada dasar tangki. Hal ini sangat membantu dalam mempertahankan homogenitas minyak.
Memiliki kekentalan yang rendah. Minyak yang encer lebih mudah di alirkan atau bersirkulasi, sehingga mendinginkan trafo lebih baik.
Tidak merusak bahan isolasi padat dan material lain trafo. Unsur kimianya harus stabil agar usia pelayanannya panjang.
Mempunyai titik nyala yang tinggi. Karakteristik titik nyala menentukan terjadinya penguapan dalam minyak. Jika titik nyala minyak rendah, maka minyak mudah menguap. Ketika minyak menguap, volumenya berkurang, minyak semakin kental dan campuran dengan udara di atas permukaan minyak membentuk bahan yang dapat meledak.
2.8.5. Bushing
Hubungan antara kumparan transformator ke jaringan luar melalui sebuah bushing, yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi sebagai penyekat antara konduktor tersebut dengan tangki transformator.
2.8.6. Breather (Alat Pernapasan)
Karena pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu minyakpun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam tangki, sebaliknya bila suhu minyak turun dan volumenya menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Proses di atas disebut “pernapasan trafo”. Hal tersebut menyebabkan permukaan minyak trafo akan selalu bersinggungan dengan udara luar yg menurunkan nilai tegangan tembus minyak trafo. Untuk mencegah hal tersebut maka pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi tabung khusus yg berisi Kristal (silica gel) yg bersifat hygroskopis.
Gambar 2.8 Silica gel
2.8.7. Tangki Dan Konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari transformator yang terendam minyak transformator berada atau (ditempatkan) di dalam tangki. Untuk menampung
pemuaian pada minyak transformator, pada tangki dilengkapi dengan sebuah konservator. Terdapat beberapa jenis tangki transformator, diantaranya adalah:
2.8.7.1 Jenis Sirip (Tank Corrugated)
Ciri-ciri tangki jenis sirip (tank corrugated) adalah badan tangki terbuat dari pelat baja bercanai dingin yang menjalani penekukan, pemotongan dan proses pengelasan otomatis, untuk membentuk badan tangki bersirip dengan siripnya berfungsi sebagai radiator pendingin dan alat bernapas pada saat yang sama. Tutup dan dasar tangki terbuat dari plat baja bercanai panas yang kemudian dilas sambung kepada badan tangki bersirip membentuk tangki corrugated ini. Umumnya transformator di bawah 4000 kVA dibuat dengan bentuk tangki corrugated.
2.8.7.2Jenis Tangki Conventional Beradiator
Ciri-ciri tangki Jenis Conventional Beradiator terdiri dari badan tangki dan tutup yang terbuat dari mild steel plate (plat baja bercanai panas) ditekuk dan dilas untuk dibangun sesuai dimensi yang diinginkan, sedang radiator jenis panel terbuat dari pelat baja bercanai dingin (cold rolled steel sheets). Transformator ini umumnya dilengkapi dengan konservator dan digunakan untuk 25.000,00 kVA.
2.8.7.3Hermatically Sealed Tank With N2 Cushined
Ciri-ciri tangki Jenis ini sama dengan jenis conventional tetapi di atas permukaan minyak terdapat gas nitrogen untuk mencegah kontak antara minyak dengan udara luar.
2.8.8. Tap Changer (Perubah Tap)
Kestabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu hal yang dinilai sebagai kualitas tegangan. Transformator dituntut memiliki nilai tegangan output yang stabil sedangkan besarnya tegangan input tidak selalu sama. Dengan mengubah banyaknya belitan pada sisi primer diharapkan dapat merubah ratio antara belitan primer dan sekunder dan dengan demikian tegangan output/sekunder pun dapat disesuaikan dengan kebutuhan sistem berapapun tegangan input/primernya. Penyesuaian ratio belitan ini disebut Tap changer. Proses perubahan ratio belitan ini dapat dilakukan pada saat trafo sedang berbeban (On load tap changer) atau saat trafo tidak berbeban (Off load tap changer).
Tap changer terdiri dari : Selector Switch
Selector switch merupakan rangkaian mekanis yang terdiri dari terminal terminal untuk menentukan posisi tap atau ratio belitan primer.
Diverter Switch
Diverter switch merupakan rangkaian mekanis yang dirancang untuk melakukan kontak atau melepaskan kontak dengan kecepatan yang tinggi. Tahanan transisi
Tahanan transisi merupakan tahanan sementara yang akan dilewati arus primer pada saat perubahan tap.
Gambar 2.9 OLTC pada transformator
Keterangan :
1. Kompartemen Diverter Switch
2. Selektor Switch
2.8.9. Indikator
Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indicator yang dipasang pada transformator. Indikator tersebut adalah sebagai berikut: • indikator suhu minyak
• indikator permukaan minyak • indikator sistem pendingin
2.9. Metode Pendinginan Transformator Daya
Jika suatu transformator sedang beroperasi, maka akan timbul rugi-rugi inti dan tembaga pada transformator yang kemudian berubah menjadi panas. Minyak pendingin berperan menghantarkan panas yang terjadi pada inti dan kumparan transformator ke udara bebas. Ada dua bahan pendingin yang digunakan pada transformator daya, yaitu minyak mineral dan minyak sintetis.
Dilihat dari sirkulasi minyak dalam transformator, maka metode pendinginan dibagi atas dua jenis :
2.9.1. Minyak Bersikulasi Sendiri (Natural Oil)
Minyak bersikulasi sendiri adalah minyak digunakan sebagai media yang merendam inti dan kumparan transformator. Panas pada inti transformator dan belitan transformator akan menaikkan suhu minyak dan akibatnya minyak akan bersikulasi secara alami. Saat minyak bersikulasi, panas yang timbul pada inti dan kumparan transformator dibawa ke permukaan tangki transformator.
2.9.2. Minyak Bersirkulasi Terpaksa (Forced Oil)
Minyak bersirkulasi terpaksa adalah minyak didalam transformator bersirkulasi atas bantuan sebuah pompa atau kipas pendingin. Dengan cara ini diperoleh sirkulasi minyak yang lebih baik dibandingkan dengan cara Natural Oil.
1. AN (Air Natural Cooling)
AN (Air Natural Cooling) adalah pendingin tidak menggunakan bantuan apapun atau tanpa alat khusus, kecuali udara biasa.
2. AB (Air Blast Colling)
AB (Air Blast Colling) adalah pendinginan oleh udara langsung yang dihasilkan oleh kipas.
3. ON (Oil Immerset Natural Cooling).
ON (Oil Immerset Natural Cooling) adalah pendinginan dengan menggunakan minyak yang disertai dengan pendinginan alam.
4. OB (Oil Blast Cooling)
OB (Oil Blast Cooling) adalah pendinginan ini sistemnya adalah sama dengan ON, yang dilengkapi dengan hembusan udara dari kipas yang dipasang pada dinding trafo.
5. OFN (Oil Foreced Circulation of Air Nautal Cooling)
OFN (Oil Foreced Circulation of Air Nautal Cooling) yaitu pendinginan ini sama dengan sitem ON untuk sirkulasi minyak melalui radiator dengan menggunakan suatu pompa, tetapi tidak memaki kipas.
6. OFB (Oil Forced and Air Blast Cooling)
OFB (Oil Forced and Air Blast Cooling) yaitu sistem pendinginannya sama dengan OFN yang dilengkapi dengan hembusan udara dari kipas.
OW (Oil and Water Cooling) adalah gabungan dari pendinginan air sirkulasi pada dinding luar radiator tanpa memakai kipas
8. OFW (Forced Oil and Water Cooling).
OFW (Forced Oil and Water Cooling) yaitu sistem pendinginannya sama dengan OFB, tetapi tidak memakai kipas.
9. ONAN (Oil Natural Air Natural)
Pada tipe ini udara dan oli akan bersikulasi dengan alami. Perputaran oli akan dipengaruhi oleh suhu dari oli tersebut.
10. ONAF (Oil Natural Air Forced)
Pada tipe ini oli akan bersikulasi dengan alami namun saat oli melalui radiator oli akan didinginkan dibantu dengan kipas/ fan.
11. OFAF (Oil Forced Air Forced)
Pada tipe ini oli akan didinginkan dengan bantuan pompa agar sirkulasi semakin cepat dan juga dibantu kipa/fan pada radiatornya.
Jenis pendinginan menentukan biaya dari suatu transformator. Ada kalanya trafo memiliki dua metode pendinginan seperti ON/ OFN atau ON/ OB atau ON/ OFB atau kadang – kadang dengan tiga sistem seperti ON/ OB/ OFB. Pemilihan jenis pendinginan yang digunakan tergantung kepada pembebanan. Saat trafo berbeban rendah, digunakan metode pendinginan ON. Bila beban melampaui nilai yang ditentukan, maka kipas atau pompa dihidupkan.
Jika suatu trafo daya mempunyai lebih dari satu metode pendinginan, maka daya pengenal untuk setiap metode pendinginan biasanya dicantumkan pada papan nama transformator. Contohnya suatu transformator dengan pendinginan ON/ OB, 45/ 60 MVA. Hal ini berarti selama beban dibawah 45 MVA kipas tidak akan bekerja. Kipas akan bekerja secara otomatis ketika beban pada trafo melampaui 45 MVA.
Trafo dengan pendinginan jenis ON sangat menguntungkan, karena lebih sederhana, tidak menggunakan kipas atau pompa sehingga tidak membutuhkan motor bantu. Pada unit yang kecil sampai 10 MVA, penghematan biaya karena perubahan metode pendinginan dari jenis ON ke jenis pendinginan lainnya tidak begitu nyata. Tetapi pada unit yang lebih besar, perubahan jenis pendinginan dari ON ke jenis pendinginan yang lain akan menghemat biaya pembuatan dan mengurangi berat dan dimensi trafo, sehingga pengangkutannya lebih mudah dan biaya pembuatan fondasinya lebih murah.
2.10. Gangguan Pada Transformator
Gangguan yang berpengaruh terhadap kerusakan transformator tidak hanya karena adanya gangguan di dalam transformator, tetapi juga adanya gangguan di luar daerah pengaman.Gangguan yang berpengaruh terhadap kerusakan transformator, gangguan ini di bedakan menjadi 2 macam yaitu :
2.10.1 Gangguan Didaerah Luar Pengaman
Gangguan di luar transformator yaitu gangguan yang diluar jangkauan daerah perlindungan transformator daya yaitu seperti gangguan antar fasa atau gangguan fasa ke tanah di luar transformator atau gangguan akibat petir, misalnya di busbar atau di sisi penyulang/ feeder tegangan menengah. Arus gangguan ini cukup besar dan dapat di deteksi dengan menggunakan arrester dan relai arus lebih.
2.10.2 Gangguan Didalam Daerah Pengamanan
Gangguan di dalam transformator sangat berbahaya dan selalu ada resiko terjadinya kebakaran. Gangguan ini dapat di golongkan menjadi dua kelompok, yaitu:
2.10.2.1 Gangguan Hubung Singkat
Gangguan listrik ini umumnya dapat di deteksi oleh adanya arus yang tidak seimbang, diantaranya :
1. Gangguan hubung singkat antara fasa dengan fasa. 2. Gangguan hubung singkat antara fasa ke tanah.
3. Gangguan hubung singkat pada lilitan atau kumparan pada salah satu sisi trafo. 4. Gangguan hubung singkat antara fasa ke body trafo.
2.10.2.2 Gangguan Pada Inti Atau Gangguan Incipient
Pada kelompok ini di namakan “incipent” adalah suatu gangguan yang di mulai dari gangguan yang kecil atau tidak berarti, namun secara perlahan akan
menimbulkan kerusakan. Gangguan ini tidak dapatdi deteksi adanya ketidak seimbangan tegangan atau bertambah besarnya arus pada ujung lilitan. Yang termasuk dalam gangguan ini adalah :
1. Sambungan – sambungan penghantar secara elektris dari konduktor kurang baik dan gangguan pada inti transformator misalnya lapisan isolasi inti,serta klem-klem atau baut – baut kurang kencang yang akan menimbulkan busur api yang terbatas pada minyak transformator.
2. Gangguan sistem pendingin yang akan menyebabkan panas yang berlebihan walaupun bebannya belum mencapai nominal. Gangguan pada sistem pendingin kemungkinannya adalah kurang minyak atau tersumbat aliran minyak sehingga menimbulkan pemanasan setempat pada lilitan.
3. Gangguan pada pengatur tegangan dan pembagian beban yang tidak baik antara transformator yang bekerja pararel, yang akan menyebabkan pemanasan lebih karena kurangnya sirkulasi.
4. Gangguan beban lebih (over load)
Beban lebih (over load) adalah suatu gangguan yang apabila dibiarkan terus menerus dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan. Beban lebih dapat terjadi pada trafo di akibatkan karena konsumen yang melebihi batas beban yang disarankan. Kondisi ini tidak akan segera menimbulkan kerusakan pada transformator, tetapi bila berlangsung terus menerus akan memperpendek umur isolasi. Apabila pada isolasi transformator mengalami kerusakan maka akan menimbulkan masalah seperti gangguan hubung singkat.
2.11 Akibat Gangguan Pada Transformator.
Akibat gangguan yang disebabkan karena kegagalan sistem proteksi transformator adalah menyebabkan proses produksi seperti pabrik – pabrik akan terganggu dan merugi akibat dari pemadaman listrik. Dan masyarakatpun akan terhambat aktifitasnya di karenakan ada gangguan pada sistem tenaga listik.
2.12 Cara Mengatasi Gangguan
Usaha untuk mengatasi gangguan dapat di kelompokan menjadi 2 bagian yaitu;
2.12.1 Mencegah Terjadinya Ganguan
Cara untuk mencegah terjadinya gangguan yaitu dengan cara –cara sebagai berikut :
1. Dengan hanya menggunakan peralatan yang dapat diandalkan. Peralatan yang dapat diandalkan. Peralatan yang dapat diandalkan adalah peralatan - peralatan yang minimum memenuhi persyaratan standar yang dibuktikan dengan uji jenis (type test) dan / atau yang telah terbukti keandalannya dari pengalaman penggunaannya.
2. Penentuan spesifikasi yang tepat dan desain yang baik sehingga baik dalam kondisi normal maupun dalam keadaan gangguan yang wajar, semua peralatan tahan baik secara elektris , thermos maupun mekanis. Ini berarti semua peralatan tidak akan mengalami overstrees secara elektris, thermis ataupun mekanis yang bisa merusak atau memperpendek umur.
3. Pemasangan yang benar sesuai dengan desain, spesifikasi dan petunjuk dari pabriknya.
4. Operasi dan pemeliharaan yang baik.
5. Menghilangkan/mengurangi penyebab gangguan/kerusakan melalui penyelidikan.
2.12.2 Mengurangi Akibat Gangguan
Karena gangguan tidak bisa dicegah maka usaha untuk mengurangi akibatnya juga sangat penting, berikut ini adalah cara – cara yang digunakan untuk mengurangi akibat gangguan, yaitu :
1. Membatasi arus hubung singkat yaitu dengan menghindari konsentrasi pembangkitan atau dengan memakai impedansi pembatas arus, pemasangan tahanan atau reaktansi untuk sistem pentanahannya sehingga arus gangguan satu fase terbatas
2. Koordinasi relai proteksi yang tepat sehingga tercipta pengaman yang selektif. 3. Merencanakan agar bagian sistem yang terganggu bila harus dipisahkan dari
sistem tidak akan mengganggu operasi sistem secara keseluruhan atau penyaluran tenaga listrik ke konsumen tidak terganggu. Hal ini dapat dilakukan dengan cara memakai penutup balik otomatis
4. Penggunaan lightning arrester dan penentuan tingkat dasar isolasi (basic insulation level) peralatan dengan koordinasi isolasi yang tepat
5. Melepaskan bagian sistem yang terganggu dengan menggunakan cicuit breaker dan relai proteksi.
6. Menghindari atau mengurangi luasnya / lamanya pemadaman atau kerusakan akibat pelepasan bagian system yang tergaggu dengan cara :
Penggunaan jenis relai yang tepat dan penyetelan relai yang selektif agar bagian yang terlepas sekecil mungkin.
Penggunaan peeralatan pengaman cadangan
Penggunaan pemutus balik otomatis atau PBO yang cepat sehingga
pemadaman dapat dihindari atau hanya berlangsung dalam waktu yang singkat.
Penggunaan loop dangan proteksi yang selektif sehinga jika terjadi gangguan pada salah satu seksi tidak terjadi pemadaman karena hanya seksi itu saja yang terlepas dan konsumen masih terhubung dengan sumbernya dari salah satu arah.
Penggunaan saluran double dengan proteksi yang selektif sehingga jika terjadi gangguan pada salah satu saluran, tidak terjadi pemadaman karena saluran yang lain masih tetap berfungsi dengan baik
2.13 Relai
Sistem relai proteksi ini harus peka terhadap segala gangguan baik berat maupun ringan, sehingga dapat bekerja dengan tepat atau memberikan reaksi bila terjadi perubahan dari keadaan normal keadaan gangguan. Relai proteksi harus mampu memutuskan bagian yang terggangu secepat mungkin, sebab sistem yang
berada dalam keadaan tidak normal, terganggu akan segera terisolir, sehingga tidak menggangu atau mempegaruhi kestabilan sistem lain yang normal.
Relai proteksi harus dapat di andalkan terhadap setiap jenis gangguan yang dapat membahayakan sistem secara keseluruhan. Jadi dalam perencanaan suatu sistem relai proteksi, selain memperhatikan kontinuitas sistem itu sendiri juga harus di perhatikan kondisi sistem kerja yang lain.
2.14 Macam – Macam Alat Proteksi Dan Alat Pendukung Proteksi Trafo Daya
Berikut ini adalah macam – macam proteksi yang biasa digunakan dalam mengamankan Transformator Daya, adalah sebagai berikut :
2.14.1 Relai Bucholz
Relai ini digunakan untuk mendeteksi dan mengamankan transformator terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul ini diakibatkan oleh Hubung Singkat pada kumparan, busur listrik antar laminasi dan busur listrik akibat kontak yang kurang baik. Relai Bucholz dipasang di antara tangki transformator dan konservator. Relai ini memberikan indikasi alarm kalau terjadi gangguan didalam transformator yang relatif kecil dan akan memberikan sinyal triping kalau gangguan yang terjadi di dalam transformator serius (cukup
membahayakan). Relai ini biasanya digunakan pada transformator yang mempunyai rating kapasitas 750 KVA.
2.14.2 Relai Suhu
Relai ini digunakan untuk mengamankan transformator dari kerusakan akibat adanya suhu yang berlebihan. Relai suhu ini mengukur suhu pada kumparan trafo. Cara kerja dan fungsinya sama dengan relai suhu pada generator. Pada suhu tertentu relai ini akan membunnyikan alarm. Jika suhu kumparan terus naik, relai ini dan akan men-trip pemutus tenaga (PMT) baik pada sisi primer maupun skunder. Ada 2 macam relai suhu pada transformator, yaitu :
2.14.2.1 Relai Suhu Minyak
Relai ini dilengkapi dengan sensor yang dipasang pada minyak isolasi transformator. Pada saat transformator bekerja memindahkan daya dari sisi primer ke sisi sekunder, maka akan timbul panas pada minyak isolasi, akibat rugi daya maupun adanya gangguan pada transformator.
2.14.2.2 Relai Suhu Kumparan
Relai ini hampir sama dengan relai suhu minyak. Perbedaannya terletak pada sensornya. Sensor relai suhu kumparan berupa elemen pemanas yang dialiri arus dari transformator arus yang dipasang pada kumparan-kumparan transformator.
2.14.3 Relai Hubung Tanah (Earth faulth)
Relai hubung tanah berfungsi untuk mengamankan transformator dari kerusakan akibat gangguan tanah (Earth faulth). Relai ini dilengkapi dengan transformator arus, kumparan kerja relai dan kumparan triping. Pada kondisi normal, dimana tidak ada gangguan yang terjadi pada transformator, jumlah arus ketiga fase sama dengan nol sehingga jumah fluks pada inti transformator sama dengan nol. Apabila terjadi gangguan tanah, maka jumlah fluks pada inti transformator tidak lagi nol.
2.14.4 Relai Beban Lebih (Over Load)
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator dari kerusakan akibat adanya beban (arus) yang melebihi harga tertentu. Beban lebih kalau dibiarkan terlalu lama akan menyebabkan panas pada kumparan transformator sehingga bisa terjadi kerusakan isolasi pada kumparan transformator. Sensor relai ini pada umumnya berupa bimetal yang mendapat sinyal atau arus masukan dari transformator arus. Sinyal arus masukan diubah ke panas untuk mengerakkan elemen bimetal (termis).
2.14.5 Relai Differensial
Relai differensial adalah pengaman sistem yang mengamankan gangguan yang terjadi di dalam transfomator yang di batasi oleh transformator arus (current transformer/ CT). Jika terjadi gangguan pada transformator, pada sisi primer dan sekunder transformator daya maka akan timbul arus tak seimbang dari kedua sisi
tersebut. Relai differensial akan bekerja jika arus sisi primer tidak sama dengan arus sisi sekunder (Ip ≠ Is).
Ketidak seimbangan arus ini akan membuat relai memerintahkan PMT untuk memutuskan rangkaian tenaga listrik dari gangguan tersebut. Gangguan-gangguan tersebut, antara lain hubung singkat di dalam kumparan dan hubung singkat antara fase kumparan. Sistem proteksi relai differensial secara umum dipergunakan untuk mengamankan transformator daya, generator, busbar dan saluran transmisi.
2.14.6 Relai Tekanan Lebih
Relai tekanan lebih digunakan sebagai pengaman transformator untuk mendeteksi adanya tekanan-tekanan yang berlebihan akibat gangguan di dalam transformator. Relai ini merupakan relai mekanik yang menggunakan sejenis membran atau pelat yang akan pecah oleh karena tekanan atau desakan jarum pemecah (breaking needle) akibat gangguan dalam transformator.
2.14.7 Pengaman Tangki Tanah
Tangki transformator terbuat dari bahan logam yang merupakan suatu media penghantar listrik yang baik. Meskipun jarang terjadi pada transformator, ada kemungkinan terjadi hubung singkat antara kumparan fase dengan tangki transformator. Pengaman tangki transformator biasanya menggunakan relai arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika.
2.14.8 Circuit Breaker (CB) atau Pemutus Tenaga (PMT)
Circuit breaker (CB) atau PMT adalah alat yang dapat digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan arus atau daya listrik sesuai dengan ratingnya. Pada saat menghubungkan atau memutuskan arus maka timbuk busur listrik. Untuk memadamkan busur listrik maka PMT dilengkapi dengan bahan pemadam seperti minyak, gas, udara, vaccum. Dari beberapa jenis pemadam tadi maka timbul beberapa istilah PMT :
Pemutus daya minyak ( Oil Circuit Breaker ) yaitu PMT yang menggunakan
media pemadam minyak.
Pemutus daya udara ( Air Circuit Breaker ) yaitu PMT yang memadamkan busur api menggunakan media pemadam udara.
Pemutus daya gas ( Gas Circuit Breaker ) yaitu PMT dengan menggunakan media pemadam busur api berupa gas yaitu gas SF6 ( Sulfur Hexaflourida ). Jenis jenis penggerak PMT :
PMT dengan penggerak pegas. Untuk menggerakkan kontak PMT
menggunakan tenaga pegas yang diisi oleh motor.
PMT dengan penggerak hidrolis. Untuk menggerakkan kotak PMT dengan tenaga hidrolis dari minyak yang dipompa hingga tekanan tertentu.
PMT dengan penggerak pneumatik. Untuk menggerakkan kontak PMT
dengan tenaga udara bertekanan tinggi yang dihasilkan dari pompa udara (compressor).
Syarat – syarat yang harus dipenuhi oleh Pemutus daya agar dapat melakukan hal – hal diatas adalah sebagai berikut :
1. Mampu meyalurkan arus maksimum sistem secara kontinu
2. Mampu memutuskan dan menutup jaringan dalam keadaan berbeban maupun
terhubung singkat tanpa menimbulkan kerusakan pada pemutus daya itu sendiri.
3. Dapat memutuskan arus hubung singkat dengan kecepatan tinggi agar arus hubung singkat tidak sampai merusak peralatan sistem, membuat sistem kehilangan kestabilan dan merusak pemutus daya itu sendiri.
2.14.9 DC System Power Supply
DC System Power Supply merupakan pencatu daya cadangan yang terdiri dari Battery Charger, sebagai peralatan yang mengubah tegangan AC ke DC, dan Battery, sebagai penyimpan daya cadangan. Sebagai peralatan proteksi, DC System Power Supply merupakan peralatan yang sangat vital karena jika terjadi gangguan dan kontak telah terhubung, maka DC System Power Supply akan bekerja yang menyebabkan CB membuka.
Apabila komponen ini mengalami gangguan maka kemungkinan besar akan terjadi kegagalan dalam memproteksi alat yang akan diamankan atau bisa dibilang relai dan PMT tidak akan berfungsi secara baik apabila adanya gangguan pada komponen ini. Charger sebenarnya adalah sumber utama dari DC power supply, karena charger adalah alat untuk merubah AC power menjadi DC power (rectifier).
2.15 Gangguan Pada Sistem Dan Non Sistem
Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera diketahui dan dipisahkan dari bagian jaringan lainnya secepat mungkin dengan maksud agar kerugian yang lebih besar dapat dihindarkan. Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat terjadi di pembangkit, di jaringan transmisi atau di jaringan distribusi. Dan gangguan tersebut di bagi menjadi 2 macam yaitu :
2.15.1 Gangguan Sistem
Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik (sisi primer) seperti pada generator, transformator, SUTT, SKTT dan lain sebagainya. Gangguan sistem dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu :
2.15.1.1 Gangguan Temporer
Gangguan temporer adalah gangguan yang hilang dengan sendirinya bila PMT terbuka, misalnya sambaran petir yang menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada keadaan ini PMT dapat segera dimasukan kembali, secara manual atau otomatis dengan Auto Recloser.
2.15.1.2 Gangguan Permanen
Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya, sedangkan untuk pemulihan diperlukan perbaikan, misalnya kawat SUTT putus.
Gangguan sistem dapat bersifat controllable (dalam pengendalian O&M) dan uncontrollable (diluar pengendalian O&M).
2.15.2 Gangguan Non Sistem
PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada sistem, dapat saja PMT terbuka oleh karena relai yang bekerja sendiri atau kabel kontrol yang terluka atau oleh sebab interferensi dan lain sebagainya. Gangguan seperti ini disebut gangguan bukan pada sistem, selanjutnya disebut gangguan non–sistem (sisi sekunder).
Jenis – jenis gangguan non-sistem antara lain :
kerusakan komponen relai
kabel kontrol terhubung singkat
interferensi / induksi pada kabel kontrol.
2.16 Konfigurasi/ Hubungan Transformator 3 Fasa
Pada transformator 3 fasa terdiri dari 3 fasa, masing – masing fasa dapat dihubungkan dengan cara tertentu. Pada umumnya dikenal cara menghubungkan kumparan – kumparan ada 2 macam yaitu :
2.16.1 Hubungan Bintang
Hubungan bintang terlihat pada gambar 2.10. Cara menyambungkan kumparan – kumparan yang terpasang terlihat pada gambar 2.11, sedangkan pada gambar 2.12 adalah diagram vektornya.
Gambar 2.10 Gambar 2.11
2.16.2 Hubungan Delta
Hubungan kumparan dalam bentuk delta atau segitiga terlihat pada gambar 2.13 sedangkan gambar 2.14 memperlihatkan cara menyambung ketiga kumparan. Diagram vektor tampak pada gambar 2.15.
Gambar 2.13 Gambar 2.14
2.17 Vektor Grup Transformator
Vektor grup trafo dinyatakan dalam bilangan jam (searah putaran jam/ clock wise). Tiap satu bilangan jam mewakili beda sudut 30 derajat. Vektor grup menentukan pergeseran sudut arus pada belitan primer dan sekunder.
Gambar 2.16 Vektor grup
Trafo 3 fasa 2 belitan memliki beberapa macam konfigurasi belitan. Apabila dilihat dari jenis penyusunan belitan antar fasa maka ada dua macam tipe belitan yaitu : belitan Wye (star) dan belitan delta. Sedangkan berdasarkan pergeseran sudut fasa antara arus pada kumparan primer dan kumparan sekunder maka ada beberapa macam tiap jenis belitan seperti terlihat pada gambar 2.17.
Gambar 2.17 Tipe belitan berdasarkan pergeseran sudut fasa
Contoh misalnya pada Trafo dengan vektor grup Yd1 berarti belitan primer terangkai Wye (Y) sedangkan belitan sekunder terangkai delta, angka 1 menunjukkan bahwa arus pada kumparan primer dan kumparan sekunder berbeda 30 derajat. Sedangkan pada trafo dengan vektor grup Yd5 arus pada kedua belitan berbeda 150 derajat (5 x 30 derajat).
