PT. PLN (Persero) adalah perusahaan milik negara yang diberi wewenang untuk menangani masalah kelistrikan di Indonesia, sehingga memegang peranan yang sangat penting dalam menjamin kualitas kelistrikan dan memberikan pelayanan terbaik, mulai dari penyediaan daya listrik, penyaluran dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban, sampai dengan pendistribusiannya ke pihak pelanggan. Dalam penyaluran tenaga listrik dari pembangkit ke beban harus digunakan sistem penyaluran yang memiliki efisiensi yang tinggi. Gardu induk merupakan salah satu sistem penyaluran dimana keandalan untuk penyaluran listrik sangat diperlukan untuk menunjang kelancaran pemakaian energi listrik pada konsumem. Salah satu peralatan yang sangat penting peranannya dalam penyaluran energi listrik adalah transformator daya yang merupakan salah satu mata rantai terpenting pada suatu sistem transmisi dan distribusi tenaga listrik yang berfungsi mengubah tegangan bolak-balik dari suatu harga tegangan ke harga tegangan yang lain.
Transformator adalah peralatan gardu induk yang paling mahal harganya dan merupakan peralatan yang sangat vital. Apabila transformator
mendapat gangguan atau dalam kondisi abnormal, dapat terjadi penghentian penyaluran tenaga listrik sementara yang tidak terduga yang akan menimbulkan kerugian pada PLN maupun konsumen pengguna tenaga listrik tersebut dengan terganggunya aktifitas yang mereka kerjakan. Apabila kerusakan tersebut berlangsung tanpa adanya usaha pencegahan dan pengamanan sedini mungkin, maka kerugian akan semakin bertambah besar dan area gangguan akan semakin luas. Oleh karena itu, perlindungan transformator terhadap berbagai macam gangguan yang mungkin terjadi perlu diperhatikan, sehingga kontinuitas pelayanan energi listrik juga tetap terjamin.
Pada sistem-sistem kelistrikan, proses meniadakan gangguan ini dilaksanakan secara otomatis, yaitu tanpa adanya campur tangan manusia. Peralatan yang melakukan pekerjaan ini secara kolektif biasa disebut sebagai sistem perlindungan atau pengamanan (protection system). Adapun untuk perlindungan terhadap transformator daya dikenal sabagai proteksi transformator daya (power transformer protection). Alat-alat proteksi tersebut dilengkapi dengan rele-rele pengaman untuk mendeteksi
STUDI SISTEM PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA GARDU INDUK
150 kV TELLO PT. PLN (PERSERO) WILAYAH SULSELTRABAR
M. Yusuf Mappeasse, Riana T. Mangesa dan Iwan Suhardi
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNM
Abstrak
Penelitian ini dalah penelitian deskriptif yang bertujuan untuk mengetahui jenis proteksi yang digunakan untuk mendeteksi setiap gangguan dan sistem kerja proteksi yang digunakan pada transformator daya Gardu Induk 150 kV Tello Makassar. Obyek amatan adalah transformator-transformator daya pada Gardu Induk 150 kV Tello Makassar, yaitu transformator-transformator 150/20 kV, IBT I, IBT 3, dan IBT 5. Teknik pengumpulan data yang digunakan adalah dokumentasi.
Hasil analisis deskriptif menunjukkan bahwa transformator daya 150/20 kV pada Gardu Induk Tello 150 kV PT. PLN (Persero) Wilayah Sulseltrabar telah dilengkapi dengan berbagai macam rele proteksi yaitu rele buchholz, rele suhu, rele jansen, rele tekanan lebih, rele differensial, OCR, GFR, REF, dan arrester, sedangkan IBT I, IBT 3, dan IBT 5 juga dilengkapi dengan rele-rele tersebut kecuali REF. Prinsip kerja rele proteksi yang digunakan adalah jika rele tersebut mendeteksi gangguan baik berupa gas, suhu, tekanan, dan arus gangguan hubung singkat, terlebih dahulu diawali dengan bunyi alarm atau lampu indikator menyala sebelum rele tersebut bekerja (pick up) kemudian memerintahkan PMT untuk trip. Rele-rele proteksi pada transformator daya Gardu Induk Tello 150 kV PT. PLN (Persero) Wilayah Sulseltrabar bekerja sesuai dengan fungsi dan settingnya masing-masing tanpa mengganggu kerja rele yang lain.
setiap gangguan yang timbul, serta setting yang akurat agar rele-rele selektif dan handal terhadap setiap jenis gangguan tersebut. Dengan demikian, kerusakan peralatan dapat dicegah serta meluasnya gangguan penyaluran listrik dapat dibatasi, sehingga pelanggan dapat menggunakan daya listrik secara kontinyu.
Pada GI Tello terdapat beberapa gardu induk, yaitu gardu induk 150 kV, 30 kV, 34,6 kV, dan 70 kV. Gardu induk tersebut, ada yang terhubung dengan pembangkit dan ada juga yang menyalurkan tenaga listrik ke beban. Oleh karena itu, gardu induk ini membutuhkan transformator untuk menyesuaikan tegangan kerja sistem, baik di sisi tegangan tinggi maupun di sisi tegangan menengah. Sebagaimana dijelaskan di atas, bahwa transformator perlu dilindungi dari berbagai gangguan atau kondisi abnormal, sehingga transformator-transformator tersebut juga perlu dilindungi.
Berdasarkan uraian pada latar belakang di atas, maka dalam penelitian ini permasalahan difokuskan pada jenis-jenis proteksi yang digunakan untuk mendeteksi gangguan dan sistem kerja proteksi yang digunakan pada transformator daya Gardu Induk 150 kV Tello Makassar.
GARDU INDUK
Gardu Induk adalah gardu sentral dalam penyaluran suatu tenaga listrik untuk suatu daerah tertentu atau suatu instalasi listrik yang terdiri atas peralatan-peralatan listrik yang merupakan titik hubung antara beberapa bagian dari sistem tenaga listrik yang berfungsi untuk :
· Transformasi tenaga listrik tegangan tinggi ke tegangan tinggi yang lainnya atau ke tegangan menengah.
· Pengaturan daya ke gardu-gardu induk yang lain melalui tegangan tinggi dan gardu-gatdu distribusi melalui feeder tegangan menengah.
· Pengukuran, pengawasan operasi, serta pengaturan pengamanan sistem tenaga listrik. Klasifikasi Gardu Induk
a. Menurut pemasangan dan penempatannya
Ada beberapa jenis gardu induk menurut jenis pemasangannya yaitu : jenis pasangan luar, jenis pasangan dalam, jenis pasangan setengah luar, jenis bawah tanah, jenis mobil dan sebagainya menurut konstruksinya (Arismunandar, 1997). Pada dasarnya jenis yang banyak dipergunakan adalah jenis pemasangan luar disamping biaya konstruksi murah,
pendinginnya mudah dan dibangun di pinggiran kota dimana harga tanah murah, hanya saja memerlukan tanah yang luas.
b. Menurut tegangannya
·Tegangan Ekstra Tinggi : 500 kV
·Tegangan Tinggi : 30 kV. 70 kV, dan 150 kV
·Tegangan Menengah : 6 kV dan 20 kV
c. Gardu Induk Distribusi
Gardu induk ini menerima tegangan listrik dari gardu induk transmisi dengan menurunkan tegangannya melalui transformator tegangan menjadi tegangan menengah (20 kV, dan 6 kV), untuk kemudian tegangan tersebut diturunkan kembali menjadi tegangan rendah yaitu 220/380 kV sesuai dengan kebutuhan konsumen.
TRANSFORMATOR
Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik arus bolak balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainnya secara induksi elektromagnetik (Sumanto, 1996). Transformator terdiri atas dua rangkaian listrik dan satu rangkaian magnet, satu dari rangkaian listrik tersebut sebagai sisi primer dan satunya lagi sebagai sisi sekunder, sedangkan gandengan magnetnya dinamakan inti. Primer menerima daya dan dinyatakan sebagai terminal masukan dan sekunder melepaskan daya dan dinyatakan sebagai terminal keluaran. Bila transformator digunakan sebagai penaik tegangan, maka lilitan tegangan rendah merupakan primernya, sedangkan jika digunakan sebagai penurun tegangan, lilitan tegangan tinggi adalah primernya.
Prinsip Dasar Transformator
Transformator terdiri dari dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain, yang dibelitkan pada inti yang sama. Daya listrik dipisahkan dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantaraan garis gaya magnet (fluks magnet) yang dibangkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer.
Untuk dapat membangkitkan tegangan listrik pada kumparan sekunder, fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan primer harus berubah-ubah. Untuk mengetahui hal ini, aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer haruslah aliran listrik bolak-balik. Saat kumparan primer dihubungkan ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet
Gambar 1. Bagian–bagian transformator Keterangan gambar : U1 : tegangan primer U2 : tegangan sekunder I1 : arus primer I2 : arus sekunder
ep : GGL induksi pada kumparan primer
es : GGL induksi pada kumparan sekunder
Np : lilitan primer
Ns : lilitan sekunder
Φb : fluks magnet bersama
Z : beban
(ggm) bersama yang bolak-balik juga. Dengan adanya ggm ini, di sekitar kumparan primer timbul fluks magnet bersama dan pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini tergantung pada transformasi kumparan transformator.
Jika kumparan sekunder dihubungkan ke beban, maka pada kumparan sekunder timbul arus bolak-balik sekunder akibat adanya gaya gerak listrik induksi sekunder. Hal ini mengakibatkan timbul gaya gerak magnet pada kumparan sekunder dan akibatnya pada beban timbul tegangan sekunder (Yon Rijono,1997).
Gangguan-Gangguan pada Transformator 1. Gangguan Dalam
Gangguan dalam (internal faults) adalah gangguan yang disebabkan karena adanya gangguan yang terjadi di dalam transformator, gangguan itu antara lain:
a) Terjadi busur api yang kecil dan pemanasan lokal yang dapat disebabkan oleh:
· Cara penyambungan konduktor yang tidak baik
· Kontak-kontak listrik yang tidak baik
· Kerusakan isolasi antara inti baut b) Gangguan pada sistem pendingin
Sebagaimana diketahui, banyak transformator daya mempergunakan minyak
transformator sebagai isolasi yang sekaligus merupakan bahan pendingin. Suatu kenyataan adalah bahwa terjadinya suatu gangguan atau kerusakan di dalam transformator, maka dalam minyak itu akan terbentuk sejumlah gas.
c) Arus sirkulasi pada transformator yang bekerja parallel
d) Gangguan hubung singkat
Pada umumnya gangguan ini dapat dideteksi karena akan selalu timbul arus maupun tegangan yang tidak normal/tidak seimbang. Jenis gangguan ini antara lain, hubung singkat antar belitan, yaitu,
·Hubung singkat antara kumparan dengan tanah
·Hubung singkat dua fasa, dan
·Kerusakan pada isolator transformator
2. Gangguan Luar
Jenis gangguan luar (external faults) ini dapat dibedakan atas dua macam, yaitu :
· Hubung singkat luar
Hubung singkat jenis ini terjadi di luar transformator daya, misalnya: hubung singkat di bus, hubung singkat di feeder dan gangguan hubung singkat di sistem yang merupakan sumber bagi transformator daya tersebut. Gangguan ini dapat dideteksi karena timbulnya arus yang sangat besar, mencapai beberapa ratus kali arus nominalnya.
· Beban luar (overload)
Transformator daya dapat beroperasi secara terus menerus pada beban nominalnya. Apabila beban yang dilayani lebih besar 100 %, transformator daya akan mendapat pemanasan lebih. Kondisi ini memungkinkan tidak segera menimbulkan kerusakan pada transformator daya, tetapi apabila berlangsung secara terus-menerus akan mengakibatkan umur isolasi bertambah pendek.
Keadaan beban lebih berbeda dengan keadaan arus lebih. Pada beban lebih, besar arus hanya kira-kira 10 % di atas nominal dan dapat diputuskan setelah berlangsung beberapa puluh menit. Sedangkan pada arus lebih, besar arus mencapai beberapa kali arus nominal dan harus secepat mungkin diputuskan (Sumanto, 1996).
PROTEKSI
Pada sistem tenaga listrik, sistem proteksi adalah perlindungan atau isolasi pada bagian yang memungkinkan akan terjadi gangguan atau bahaya. Tujuan utama proteksi adalah untuk
mencegah terjadinya gangguan atau memadamkan gangguan yang telah terjadi dan melokalisirnya, dan membatasi pengaruh-pengaruhnya, biasanya dengan mengisolir bagian-bagian yang terganggu tanpa mengganggu bagian-bagian yang lain (Hutauruk, 1991).
Sistem proteksi ini mendeteksi kondisi abnormal dalam suatu rangkaian listrik dengan mengukur besaran-besaran listrik yang berbeda antara kondisi normal dengan kondisi abnormal. Ada beberapa kriteria yang perlu diketahui pada pemasangan suatu sistem proteksi dalam suatu rangkaian sistem tenaga listrik yaitu :
a. Sensitifitas (kepekaan)
Sensitifitas adalah kepekaan rele proteksi terhadap segala macam gangguan dengan tepat yakni gangguan yang terjadi di daerah perlindungannya. Sensitifitas suatu sistem proteksi ditentukan oleh nilai terkecil dari besaran penggerak saat peralatan proteksi mulai beroperasi. Nilai terkecil besaran penggerak berhubungan dengan nilai minimum arus gangguan dalam daerah yang dilindunginya.
b. Selektifitas dan diskriminatif
Selektif berarti suatu sistem proteksi harus dapat memilih bagian sistem yang harus diisolir apabila rele proteksi mendeteksi gangguan. Bagian yang dipisahkan dari sistem yang sehat sebisanya adalah bagian yang terganggu saja. Diskriminatif berarti suatu sistem proteksi harus mampu membedakan antara kondisi normal dan kondisi abnormal. Ataupun membedakan apakah kondisi abnormal tersebut terjadi di dalam atau di luar daerah proteksinya. c. Kecapatan
Sistem proteksi perlu memiliki tingkat kecepatan sebagaimana ditentukan sehingga meningkatkan mutu pelayanan, keamanan manusia, peralatan dan stabilitas operasi.
d. Keandalan
Suatu sistem proteksi dapat dikatakan andal jika selalu berfungsi sebagaimana yang diharapkan. Sistem proteksi disebut tidak andal bila gagal bekerja pada saat dibutuhkan dan bekerja pada saat proteksi itu tidak seharusnya bekerja.
e. Ekonomis
Suatu perencanaan teknik yang baik tidak terlepas tentunya dari pertimbangan nilai ekonomisnya. Suatu rele proteksi yang digunakan hendaknya ekonomis mungkin dengan tidak mengesampingkan fungsi dan keandalannya.
Tipe Proteksi
Ada dua kategori proteksi yang dikenal yaitu proteksi utama (main protection) dan proteksi pembantu (back up protection). Proteksi utama dalah pertahanan utama dan akan membebaskan gangguan pada bagian yang akan diproteksi secepat mungkin. Mengingat keandalan 100 % tidak hanya dari perlindungan tetapi juga dari trafo arus, trafo tegangan dan pemutus rangkaian yang tidak dapat dijamin, untuk itu diperlukan perlindungan pembantu (auxiliary protection) pada alat proteksi tersebut.
Proteksi pembantu bekerja bila rele utama gagal dan tidak hanya melindungi daerah berikutnya dengan perlambatan waktu yang lebih lama dari pada rele utamanya.
JENIS-JENIS PROTEKSI TRAFO DAYA
Rele yang biasa digunakan pada sebuah transformator daya sebagai pengaman pada saat terjadi gangguan adalah:1. Rele Bucholz
Rele Bucholz adalah rele yang berfungsi untuk mendeteksi dan mengamankan gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh :
a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam fasa b. Hubung singkat antar fasa
c. Hubung singkat antar fasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi
e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.
2. Rele Tekanan Lebih
Rele ini berfungsi hampir sama seperti rele Bucholz, yakni mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo. Bedanya rele ini hanya bekerja oleh kenaikan tekanan gas tiba-tiba yang disebabkan oleh hubung singkat.
3. Rele Suhu
Rele ini digunakan untuk mendeteksi suhu minyak dan kumparan agar keberadaan minyak sebagai isolasi dan media pendingin selalu berada dalam keadaan normal.
4. Rele Differensial
Rele differensial berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam daerah pengaman transformator. Rele ini merupakan pengaman utama (main protection) yang sangat selektif dan cepat, sehingga tidak perlu dikoordinir dengan rele lain dan tidak memerlukan time delay. (Sumanto, 1996)
Gambar 2. Proteksi Differensial Prinsip kerjanya :
· Membandingkan vektor arus I1 dan I2 atau i1
dan i2
· CT1 dan CT2 harus mempunyai ratio
sedemikian, sehingga i1 = i2
· Sambungan dari polaritas CT1 dan CT2 harus
betul.
5. Rele Arus Lebih
Rele ini berfungsi mengamankan transformator dari arus yang melebihi arus yang diperkenankan lewat dari trafo tersebut. Arus lebih ini dapat terjadi karena adanya gangguan hubung singkat antar fasa didalam dan diluar pengamannya.
6. Rele Gangguan Tanah
Rele ini berfungsi untuk mengamankan trafo bila terjadi gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
7. Rele Termis
Rele termis berfungsi untuk mencegah/mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur.
Gambar 3. Arrester
8. Arrester
Penangkal petir (arrester) adalah proteksi bagi peralatan listrik terhadap tegangan lebih, yang disebabkan oleh petir atau surya hubung (switching surge). Alat ini berfungsi untuk melakukan arus kilat ke sistem pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang
merusak isolasi peralatan listrik (Sumanto, 1996). Agar tidak mengganggu aliran sistem,
maka pada keadaan normal arrester berlaku sebagai konduktor yang tahanannya relatif rendah. Akibatnya arrester dapat melakukan arus yang tinggi ke tanah dan setelah surya hilang, arrester dengan cepat kembali menjadi isolasi.
HASIL
Gardu Induk yang terdapat di wilayah Tello ada tiga, yakni Gardu Induk 150 kV, Gardu Induk 70 kV, dan Gardu Induk 30 kV. Ketiga gardu induk ini menyalurkan daya listrik ke beberapa gardu induk yang lain yang berada di kota Makassar dan sekitarnya dan juga melayani penyulang-penyulang di wilayah Makassar. Daya yang disupply ini berasal dari Unit Pembangkitan Tello sendiri, dan juga daya yang dikirimkan dari unit-unit pembangkitan yang lain yang berada di sebelah utara Makassar Sulawesi Selatan.
Menurut tegangan operasinya transformator daya yang terpasang pada Gardu Induk Tello dapat dibedakan menjadi : transformator 150/70 kV, 150/30 kV, dan 70/34,5 kV biasa disebut Interbus Transformer (IBT), sedangkan transformator 150/20 kV dan 34,5/20 kV disebut juga transformator distribusi.
Transformator daya yang terpasang pada Gardu induk Tello 150 kV ada empat buah, masing – masing :
1. Transformator IBT 1, dengan kapasitas 20 MVA buatan Meidensha dengan rasio 150/30 kV.
2. Transformator IBT 3, dengan kapasitas 31,5 MVA buatan Aichi dengan rasio 150/70 kV dengan hubungan belitan YNyn0 (d1).
3. Transformator IBT 5, dengan kapasitas 31,5 MVA buatan Takaoka dengan rasio 150/70 kV dengan hubungan belitan YNyn0 (d1). 4. Transformator distribusi II, dengan kapasitas
30 MVA buatan Gec. Alsthom dengan rasio 150/20 kV.
Berdasarkan hasil penelitian yang ada, pada Gardu Induk Tello 150 kV telah dilengkapi dengan berbagai sistem proteksi untuk mendeteksi dan melindungi gangguan yang akan terjadi pada
transformator daya pada gardu induk tersebut, seperti yang terlihat pada Tabel 1.
1. Rele Suhu
Rele suhu berfungsi untuk mencegah atau mengamankan transformator dari kerusakan isolasi kumparan akibat adanya panas berlebih. Besaran yang diukur di rele ini adalah kenaikan suhu pada kumparan dan minyak.
Tahapan kerja rele suhu adalah: a) Menjalankan sistem pendingin. b) Memberikan alarm.
c) Memerintahkan trip
Tabel 1. Jenis Gangguan dan Pengaman Transformator N o Jenis Ganguan Proteksi Akibat Utama Cadangan 1 . Hubung singkat di dalam daerah pengaman transformator : a.Hubung singkat antar
phasa
b.Hubung singkat phasa dengan tanah c.Gas d.Tekanan lebih Diferensial REF Bucholz Tekanan lebih OCR GFR Tekanan lebih Kerusakan pada isolasi, kumparan atau inti Tangki Menggembung 2 .
Hubung singkat di luar daerah pengaman transformator a.Hubung singkat antar
phasa
b.Hubung singkat phasa dengan tanah OCR GFR OCR GFR Kerusakan isolasi atau kumparan 3
Beban lebih Rele suhu OCR Kerusakan
isolasi 4 Gangguan sistem
pendingin
Rele suhu Rele suhu
Kerusakan isolasi 5 Gangguan pada OLTC Jansen Tekanan
lebih
Kerusakan OLTC
6 Sambaran petir Arrester - Kerusakan
isolasi
Tabel 2. Klasifikasi proteksi transformator daya pada Gardu Induk Tello 150 kV
N
o Jenis Proteksi
Transformator daya 150/70 kV
(IBT 3 dan IBT 5)
150/30 kV (IBT 1) 150/20 kV 1 Rele Suhu √ √ √ 2 Rele Bucholz √ √ √ 3 Rele Jansen √ √ √ 4 Rele Tekanan Lebih √ √ √ 5 Rele Differensial √ √ √
6 Rele Hubung Tanah
Terbatas (REF) - - √
7 Rele Arus Lebih ( OCR ) √ √ √ 8 Rele Hubung Tanah
( GFR ) √ √ √
9 Arrester √ √ √
Batas kenaikan suhu pada transformator daya (setting suhu) :
Gambar 4. Rele suhu minyak
2. Rele Kumparan
Trip : 105o C Alarm : 90o C Pengaturan fan start : 70o C Pengaturan fan stop : 60o C
Rele ini dipasang pada setiap fasa kumparan transformator daya yang berguna untuk mencegah kerusakan isolasi kumparan akibat adanya panas lebih. Besaran yang diukur berdasarkan kenaikan suhu.
Bila sensor telah memonitor suhu sesuai settingnya, rele akan segera memerintahkan pemutus tenaga agar memisahakan gangguan yang terjadi. Akibat naiknya arus beban, maka heater akan menjadi panas sesuai arus setting dan ini akan dirasakan oleh suhu yang berada dalam thermal replica dan seterusnya suhu sensing resistor akan mengirimkan sinyal ke 4 kontak yang bekerja, yang mana tahap pertama akan menjalankan sistem pendingin dimana pada suhu 60o C pengaturan fun stop dan pada suhu 70o C pengaturan fun start. Tahap kedua akan menjalankan alarm pada suhu 90o C dan tahap akhir akan menjalankan sinyal trip pada suhu 105o C.
3. Rele Minyak
Trip : 100o C Alarm : 90o C
Rele suhu minyak dilengkapi dengan sensor suhu yang di tempatkan di atas tangki transformator daya pada suatu ruang. Cara mendeteksi temperatur dalam transformator daya dengan mengggunakan cairan. Rele ini memiliki dua buah mercury switch dengan batas operasi kerja yang berbeda. Prinsip kerja rele suhu minyak adalah dengan menggunakan cairan dalam tabung (boordon instrument). Bila
termometer mendeteksi suhu minyak 90o C, maka akan timbul gelembung-gelembung gas dan naik melalui tabung kapiler. Selanjutnya, akan membuat posisi mercury switch paling atas ke posisi ON, sehingga terjadi proses alarm.
Bila termometer mendeteksi suhu hingga 100o C, maka akan timbul gelembung-gelembung gas yang lebih banyak dan melalui tabung kapiler akan membuat mercury switch paling bawah ke posisi ON, sehingga terjadi proses trip.
4. Rele Buchholz
Rele bucholz dipasang pada pipa dari main tank ke konservator ataupun OLTC ke konservator, tergantung desain transformatornya apakah di kedua pipa tersebut dipasang rele buchholz.
Konstruksi rele bucholz terdiri atas 2 (dua) pelampung, satu untuk alarm dan satu untuk trip. Pada kondisi normal rele bucholz terisi penuh minyak dan pelampung penggerak kontak mercury dalam keadaan terapung, pada kondisi ini kontak tidak terendam mercury (kontak terbuka).
Bila terjadi gangguan pada transformator yang menimbulkan gas. Gas tersebut naik menuju ke atas, ke arah konservator dan mengisi ruangan rele bucholz. Pada tahap pertama pelampung untuk alarm akan bergerak ke bawah sesuai dengan tinggi permukaan minyak pada rele bucholz, yang selanjutnya mercury akan menghubungkan kontak alarm. Pada tahap berikutnya, jika volume gas bertambah terus, dengan proses yang sama, mercury akan menghubungkan kontak trip. Jika proses pembentukan gas dalam waktu yang singkat dan dalam jumlah yang besar, gas akan langsung mendorong pelampung kontak trip.
Gambar 5. Konstruksi Rele Buchholz
5. Rele Jansen
Tap changer adalah alat yang terpasang pada transformator yang berfungsi untuk mengatur tegangan keluaran (sekunder) akibat beban maupun variasi tegangan pada sistem masukannya (input). Tap changer umumnya dipasang pada ruang terpisah dengan ruang untuk tempat kumparan, dimaksudkan agar minyak tap changer tidak bercampur dengan minyak tangki utama. Untuk mengamankan ruang diverter switch apabila terjadi gangguan pada sistem tap changer, digunakan pengaman yang biasa disebut rele jansen (buchholtnya tap changer). Rele jansen dipasang antara tangki tap changer dengan konservator minyak tap changer.
Prinsip kerja rele jansen, yaitu :
1) Rele buchholz tap changer (jansen) untuk mengamankan ruangan beserta isinya dari diverter switch.
2) Rele jansen akan bekerja apabila ada desakan tekanan yang terjadi akibat flash over antar bagian bertegangan atau bagian bertegangan dengan body atau ada desakan aliran minyak karena gangguan eksternal.
3) Prinsipnya ada aliran minyak yang deras, ada tekanan minyak sehingga ada minyak mengalir ke konservator, goncangan minyak yang cukup besar, dan semua itu menyebabkan katup akan berayun dan megerjakan kontak triping, akhirnya melepas gangguan.
Gambar 6. Rele Jansen
6. Rele Tekanan Lebih (Sudden Pressure)
Suatu flash over atau hubung singkat yang timbul pada suatu transformator terendam minyak, umumnya akan berkaitan dengan tekanan lebih di dalam tangki. Rele ini berfungsi untuk membatasi besarnya tekanan lebih yang membahayakan tangki transformator, dan untuk mengamankan transformator dari tekanan lebih yang tidak dapat dihilangkan dalam waktu beberapa milidetik, sehingga dapat menimbulkan ledakan dan panas yang lebih pada cairan.
Katup pengerak
Rele ini terdiri atas alumunium flange, katup piringan, dan gasket (karet tahan minyak yang berfungsi untuk memberikan indikasi dan alarm apabila rele ini berfungsi). Susunan saklar yang tertutup rapat dan sebuah indikator mekanik bergabung, sehingga katup ini tidak mempunyai bagian dalam yang dapat jatuh ke dalam transformator. Tidak diperlukan kalibrasi pada peralatan ini dan katup akan bekerja membuka pada tekanan 70 ± 7 kPa.
Gambar 7. Rele Tekanan Lebih
Prinsip kerja rele tekanan lebih yaitu :
Apabila tekanan di dalam transformator kurang dari tekanan operasi katup, gaya pegas penutup akan dikenakan pada piringan katup yang akan berhenti di dalam gasket. Mekanik indikator ditempatkan pada titik tengah tutup dan dengan ujung terendah pada katup (berwarna kuning). Pada katup relief disediakan saklar alarm yang berfungsi sebagai sinyal untuk lokal atau indikasi jarak jauh apabila katup tersebut bekerja.
7. Rele Differensial
Rele differensial transformator berfungsi mengamankan transformator dari gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam transformator, antara lain hubung singkat antara kumparan dengan kumparan atau antara kumparan dengan tangki. Jenis rele differensial yang digunakan yaitu persentage differensial. Prinsip kerja rele ini, yaitu rele tidak akan bekerja bila kopel kerja lebih kecil dari kopel penahan ditambah gaya pegas. Rele ini akan bekerja apabila kopel kerja lebih besar dari kopel penahan dan gaya pegas.
I2 I1 fR fS fT fR fS fT PRIMER SEKUNDER CT1 CT2 IR1 IS1 IT1 IT2 IS2 IR2 Yd 11 Ry. Differensial ir is it ir is it ir-is it-i i i i i i ACT Dy 1 ACT Transformator 150/20 kV, 30 MVA
Vektor Group : YNyn0 (d)
Pada rangkaian rele diferensial, harus diperhatikan hal berikut :
1) Arus primer (I1) tidak sama dengan arus
sekunder (I2),
2) Arus primer (I1) belum tentu sefasanya dengan
arus sekunder (I2), tergantung vektor
grupnya. 3) Arus urutan nol.
Ketiga hal di atas akan menyebabkan arus pada transformator arus (current transformer, CT) CT1 tidak sama dengan arus pada CT2, sehingga
perlu penyesuaian besar arus dan fasa. Untuk itu, diperlukan transformator arus pembantu auxiliary current transformer (ACT). Pada keadaan normal atau pada gangguan di luar daerah proteksi, tidak ada arus melalui operating coil. Pada keadaan gangguan di daerah proteksi, maka arus akan mengalir melalui operating coil, jika arus tersebut lebih besar dari arus setting, maka rele akan bekerja.
8. Rele Hubung Tanah Terbatas
Rele gangguan tanah terbatas atau Restricted Earth Fault (REF) digunakan untuk mengamankan transformator bila ada gangguan satu fasa ke tanah di dekat titik netral transformator yang tidak dirasakan oleh rele differensial. Rele ini dipasang pada transformator yang titik netralnya ditanahkan langsung atau melalui tahanan untuk membantu rele diferensial dalam mengamankan transformator dari gangguan hubung tanah di dalam daerah pengaman transformator. Rele ini hanya terdapat pada transformator daya 150/20 kV.
Prinsip kerja REF adalah membandingkan besarnya arus sekunder kedua CT yang digunakan. Pada saat tidak terjadi gangguan (keadaan normal) atau gangguan di luar daerah pengaman, maka kedua arus sekunder tersebut besarnya sama, sehingga tidak ada arus yang mengalir pada relai, akibatnya relai tidak bekerja. Pada waktu terjadi gangguan di daerah pengamanannya, maka kedua arus sekunder CT besarnya tidak sama, sehingga akan ada arus yang mengalir pada relai, selanjutnya relai bekerja.
Gambar 9. Rele differensial dan rele arus hubung tanah terbatas (REF)
Rele ini diperlukan karena sensitivitas rele diferensial sangat terbatas, terutama dalam mendeteksi terjadinya hubung singkat di dekat titik netral.
9. Rele Arus Lebih
Rele arus lebih (OCR = Over Current Relay) merupakan rele pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan tegangan tinggi dan menengah. Rele ini berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya hubung singkat antar fasa di dalam dan di luar daerah pengamannya.
Jika gangguan hubung singkat antar fasa terjadi di dalam daerah pengaman transformator, maka rele yang terlebih dahulu mendeteksi arus gangguan yaitu rele diferensial. Tetapi jika rele tersebut gagal bekerja, OCR yang akan bekerja (back up relay) dan mentripkan pemutus daya (PMT). Tapi jika gangguan hubung singkat antar fasa terjadi di luar daerah pengaman transformator, OCR yang akan menjadi proteksi utama mendeteksi arus gangguan dan mentripkan PMT. R S T OCR OCR OCR CT CT CT
Gambar 10. Wiring OCR
OCR yang digunakan pada transformator daya di Gardu Induk Tello 150 kV ada 2 jenis yaitu :
a. OCR seketika (instantenous), yaitu rele yang bekerja tanpa penundaan waktu. Rele arus ini digunakan untuk pengaman arus hubung singkat yang besar (high set), sehingga tripping time pada arus gangguan yang besar, rele akan bekerja seketika. Walaupun secara teoritis operating time-nya sama dengan nol, tetapi pada daerah kerja mendekati settingnya masih ada kelambatan waktu beberapa milidetik (tipikal di bawah 150 % Iset,
operating time lebih kecil dari 150 mdetik. b. OCR dengan waktu tertentu (definite time
OCR) yaitu rele arus lebih yang bekerja tidak tergantung besarnya arus gangguan dan bekerja dengan waktu yang telah ditetapkan.
10. Rele Hubung Tanah
Rele hubung tanah (GFR atau Ground Fault Relay) pada transformator pada dasarnya menggunakan rele arus lebih seperti yang digunakan pada gangguan hubung singkat antar fasa, tetapi berbeda rangkaiannya. Rele ini berfungsi melindungi transformator terhadap gangguan hubung tanah yang terjadi di dalam maupun diluar transformator daya tersebut.
Bila GFR dikombinasikan dengan OCR, maka jika terjadi ketidakseimbangan arus atau terjadi gangguan hubung singkat ke tanah, maka akan timbul arus urutan nol pada titik pentanahan transformator, sehingga GFR yang akan bekerja, kemudian memerintahkan PMT untuk trip. Akan tetapi bila terjadi gangguan hubung singkat antar fasa, maka OCR yang akan bekerja, kemudian memerintahkan PMT untuk trip.
R S T OCR OCR OCR GFR CT CT CT
Gambar 11. Wiring rele arus lebih (OCR) dan rele hubung tanah (GFR)
Pada transformator daya 150/70 kV (IBT 3 dan IBT 5) dan transformator daya 150/30 kV (IBT 1), GFR ini merupakan rele utama jika terjadi gangguan hubung singkat fasa dengan tanah, baik yang terjadi di dalam maupun di luar daerah pengaman transformator daya tersebut. Untuk transformator daya 150/20 kV, GFR ini hanya bekerja sebagai back up proteksi, jika terjadi gangguan hubung singkat fasa dengan tanah di dalam daerah pengaman tranformator, karena terdapat REF sebagai proteksi utama. Tetapi jika gangguan tersebut terjadi di luar daerah pengaman transformator daya tersebut, maka GFR ini bekerja sebagai proteksi utama.
11. Arrester
Arrester digunakan sebagai pelindung transformator terhadap adanya sambaran petir. Arrester yang dipakai adalah arrester petir yang bilamana sebuah surja sampai pada kawat transmisi dan akan dilewatkan pada series gap, maka tahanan valve elemen akan berubah.
Arrester ini memiliki 2 elemen yaitu : a. Series gap, berfungsi sebagai tempat
peloncatan bunga api. Setelah padam arusnya akan melewati valve elemen.
b. Valve elemen, berfungsi sebagai sebuah tahanan yang tidak linear. Bila arus yang mengalir besar nilai tahanannya akan berubah menjadi kecil, sehingga proses pembuangannya dapat berlangsung cepat.
PEMBAHASAN
Transformator daya yang ada di Gardu Induk Tello 150 kV, 70 kV, dan 30 kV PT. PLN (Persero) Wilayah Sulseltrabar telah dilengkapi dengan berbagai macam alat proteksi sesuai dengan kondisi dan karakteristik gardu induk itu sendiri, sehingga jika gangguan yang terjadi baik dari dalam maupun gangguan dari luar transformator, dapat diatasi dan diamankan dengan alat proteksi seperti rele suhu, rele bucholz, rele tekanan lebih, rele diferensial, OCR, GFR, arrester, dan lain-lain.
Berdasarkan hasil penelitian bahwa rele proteksi transformator daya yang digunakan pada Gardu Induk Tello 150 kV, 70 kV, dan 30 kV terdiri atas rele buchholz, rele suhu, rele jansen, rele tekanan lebih, rele differensial, OCR, GFR, dan arrester. Dari semua transformator daya yang ada di Gardu Induk Tello yang memiliki rele proteksi paling lengkap yaitu transformator daya 150/20 kV yang baru beroperasi pada tahun 2004, karena telah menggunakan REF.
Prinsip kerja dari rele-rele tersebut yaitu jika rele tersebut mendeteksi gangguan baik berupa gas, suhu, tekanan, dan arus gangguan hubung singkat, terlebih dahulu diawali dengan bunyi alarm atau lampu indikator menyala sebelum rele tersebut bekerja (pick up) kemudian memerintahkan PMT untuk trip.
Alat proteksi pada transformator daya tersebut akan bekerja sesuai dengan fungsi dan settingnya masing-masing tanpa mengganggu kerja rele yang lain. Dengan demikian, transformator daya pada Gardu Induk Tello 150 kV sudah memenuhi standar untuk mengatasi segala macam kemungkinan gangguan yang terjadi, dengan terpasangnya berbagai alat proteksi yang berfungsi untuk mengatasi segala macam gangguan yang akan terjadi.
Pada transformator daya di Gardu Induk Tello 150 kV tidak pernah mengalami masalah ataupun gangguan, karena sistem pemeliharaan atau perawatan, baik untuk rele proteksinya maupun transformator dayanya sendiri sangat
diperhatikan dan terlaksana secara rutin dan sesuai jadwal.
SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil penelitian di atas, dapat disimpulkan:
1. Transformator daya 150/20 kV pada Gardu Induk Tello 150 kV PT. PLN (Persero) Wilayah Sulseltrabar telah dilengkapi dengan berbagai macam rele proteksi yaitu rele buchholz, rele suhu, rele jansen, rele tekanan lebih, rele differensial, OCR, GFR, REF, dan arrester, sedangkan IBT I, IBT 3, dan IBT 5 juga dilengkapi dengan rele-rele tersebut kecuali REF.
2. Prinsip kerja rele proteksi yang digunakan adalah jika rele tersebut mendeteksi gangguan baik berupa gas, suhu, tekanan, dan arus gangguan hubung singkat, terlebih dahulu diawali dengan bunyi alarm atau lampu indikator menyala sebelum rele tersebut bekerja, kemudian memerintahkan PMT untuk trip.
3. Rele-rele proteksi pada transformator daya Gardu Induk Tello 150 kV PT. PLN (Persero) Wilayah Sulseltrabar bekerja sesuai dengan fungsi dan settingnya masing-masing tanpa mengganggu kerja rele yang lain.
Berdasarkan hasil penelitian, disarankan : 1. Seharusnya di setiap gardu induk memiliki
dokumen yang lebih luas tentang keadaan gardu induk itu sendiri khususnya tentang alat proteksi yang digunakan serta penjelasannya. 2. Semua transformator daya yang ada di Gardu
Induk Tello sebaikmya ditambah dengan REF, agar jika terjadi hubung singkat fasa dengan tanah di daerah pengaman trafo dapat segera teratasi.
3. Keamanan di sekitar gardu induk sebaiknya lebih diperhatikan agar tidak terjadi hal-hal yang mengancam jiwa manusia.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Artono. 1997. Teknik Tenaga Listrik jilid III, Gardu Induk. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
Hutauruk. 1991. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Jakarta: Erlangga.
Kadir, Abdul, 1998. Transmisi Tenaga Listrik. Jakarta: Universitas Indonesia.
Marsudi, Djiteng, 2005. Pembangkitan Energi Listrik. Jakarta: Erlangga.
Mason, Russell C. 1985.The Art and Science of Protective Relaying. India: Wiley Eastern Limited.
Nasir, Moh,. 1983. Metode Penelitian. Jakarta: Ghalia Indonesia.
Perusahaan Umum Listrik Negara. 1984. Himpunan Buku Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik. Jakarta: PLN.
Rijono, Yon, 1997. Dasar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta: Andi Yogyakarta.
Stevenson, William, Jr. 1996. Analisis Sistem Tenaga Listrik. Jakarta: Erlangga.
Sumanto. 1996. Teori Transformator. Yogyakarta: Andi Offset.
Warrington, A.R. Van. C. Protective Relays, Their Theory and Practice. London: Chapman and Hall.
Weedy, B.M. 1988. Sistem Tenaga Listrik. Jakarta: Aksara Persada Indonesia.
Zuhal. 1993. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.
