15_ANALISIS UP RATING TRANSFORMATOR DISTRIBUSI Ukuran

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
ANALISIS UP RATING TRANSFORMATOR DISTRIBUSI
TERHADAP KINERJA PROTEKSI PENYULANG
Hasbullah
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FPTK UPI
Jl. Dr. Setiabudi 229 Bandung 40154
email : [email protected]
Abstrak Transformator distribusi merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam
penyaluran tenaga listrik kepada konsumen, karena kerusakan pada transformator menyebabkan
kontinuitas pelayanan terhadap konsumen akan terganggu. Up rating transformator merupakan
solusi yang dilakukan akibat meningkatnya beban terhadap kebutuhan masyarakat yang semakin
meningkat. Pada umumnya up rating transformator ini dilakukan untuk meningkatkan kinerja
operasi dalam pendistribusian tenaga listrik kepada konsumen dan seiring dengan perubahan pada
transformator proses up rating transformator dalam sistem tenaga listrik juga sangat berpengaruh
terhadap sistem proteksi yang telah terpasang. Oleh karena itu perlu adanya perbaikan
sistem.Untuk mengetahui perubahan yang terjadi akibat up rating transformator ini di lakukan
analisis melalui penggunaan listing program yaitu dengan Electrical Transient Analyzer Program
(ETAP) Power Station. Up rating transformator ini merupakan peningkatan kapasitas daya
transformator 30 MVA menjadi 60 MVA pada sistem 150/20 kV. Informasi yang diperoleh dari hasil
running program lebih kompleks dan akurasi dalam mengetahui load flow pada keadaan normal
dalam kasus ini pada transformator 30 MVA yaitu diperoleh 33.38 MW pada BUS 1, dan 33.15 MW
pada BUS 2, sedangkan transformator 60 MVA diperoleh 35.95 MW pada BUS 1, dan 35.86 MW
pada BUS 2, selain itu adanya drop voltage (Vd), besarnya arus hubung singkat (short circuit) serta
total daya yang terpakai pada masing-masing transformator guna mempertahankan mutu (range
tegangan sistem dan frekuensi) serta kinerja dari proteksi dan kehandalan (kontinuitas pasokan
daya) kepada konsumen.
Kata Kunci : up rating, transformator, aliran daya, short circuit, ETAP
Pendahuluan
Sistem tenaga listrik terdiri atas tiga bagian
utama yaitu, sistem pembangkitan, sistem transmisi
dan sistem distribusi. Dari ketiga sistem tersebut
sistem distribusi merupakan bagian yang letaknya
paling dekat dengan konsumen, Sistem distribusi
membentuk jaringan akhir ke konsumen sebagai
pusat beban. Dan sistem distribusi tenaga listrik
dimulai dari sisi sekunder dari transformator daya
pada gardu induk (GI) 150/20 kV, bila jarak pusat
beban dengan GI relatif dekat. Tetapi apabila jarak
antara GI dengan pusat beban cukup jauh, maka
diperlukan sarana hubung, yaitu Gardu Hubung
(GH). Sistem distribusi berfungsi untuk menyalurkan
energi listrik dari suatu Gardu Induk distribusi ke
konsumen melalui jaringan distribusi tegangan
menengah ke tegangan rendah. Menurut fungsinya
tersebut maka keandalan sistem distribusi menjadi
sangat penting untuk diperhatikan.
Terkait dengan transformator itu sendiri,
bahwa dalam operasi penyaluran tenaga listrik
transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari
transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini
transformator diharapkan dapat beroperasi secara
baik dan benar. Menurut tegangan operasinya
transformator distribusi terdiri dari transformator
150/20 kV dan 70/20 kV. Transformator distribusi
adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi
untuk menyalurkan daya atau tenaga listrik dari
tegangan tinggi ke tegangan rendah atau pun
sebaliknya.
Dalam
pendistribusian
tenaga
listrik,
transformator sering mengalami beban lebih. Beban
lebih (over load) terjadi karena kebutuhan dalam
masyarakat yang semakin meningkat atau karena
adanya gangguan beban dalam penyaluran yang
mengakibatkan trafo menjadi panas atau terjadi
hubung singkat. Dengan adanya peningkatan beban
yang terjadi maka perlu adanya penambahan
kapasitas daya pada transformator distribusi
tersebut. Untuk memenuhi kualitas dan kapasitas
pelayanan
sesuai
kebutuhan
pelanggan
(konsumen). Proses penaikan kapasitas dari
transformator itu sendiri banyak terjadi fenomena
dari perubahan tersebut dan juga akan berpengaruh
pada keandalan sistem tenaga listrik misalnya akan
berpengaruh pada kinerja proteksi yang digunakan.
Informasi
ini
sangat
dibutuhkan guna
mengevaluasi unjuk kerja (performance) sistem
tenaga dan menganalisis kondisi pembangkitan
maupun pembebanan pada transformator.
Metode Penelitian
Penelitian
dilakukan
dengan
membuat
pemodelan up rating transformator distribusi pada
ETAP PowerStation. Pemodelan up rating
transformator ini menggunakan model one line
diagram sesuai dengan perencanaan yang
diinginkan. Analisis up rating transformator
dilakukan pada perencanaan saluran distribusi pada
Gardu Induk Bandung Utara, ini dilakukan untuk
memenuhi kebutuhan listrik yang mengalami
A1-62
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
peningkatan
beban
sehingga
kapasitas
transformator perlu adanya panambahan. Adapun
perubahan yang terjadi yaitu up rating transformator
dari kapasitas 30 MVA menjadi 60 MVA, dengan
saluran distribusi pada rasio 150/20 kV.
Studi analisis ini menggunakan Electrical
Transient Analyzer Program (ETAP) Power
Station Versi 4.0 sebagai bahasa komputasi
teknik untuk menganalisis fenomena dan rugi-rugi
yang terjadi pada transformator dalam sistem
distribusi tenaga listrik serta pengaruh perubahan
yang terjadi terhadap kinerja proteksi untuk
keandalan sistem pada penyulang.
Hasil dan Pembahasan.
Hasil perhitungan studi analisis up rating
transformator ini merupakan hasil eksekusi program
ETAP PowesStation 4.0.0. Studi analisis ini
dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan
kapasitas daya transformator pada proteksi yang
terpasang pada penyulang. Berdasarkan hasil
eksekusi dari program ETAP pada analisis up rating
transformator, diperoleh arus gangguan yang
mengalir pada saluran distribusi 20 kV pada trafo III
GI Bandung Utara dengan daya transformator 30
MVA dan transformator dengan daya 60 MVA,
seperti transformator 30 MVA yang ditampilkan pada
gambar berikut
A1-63
dan reaktif yang mengalir pada saluran, rugi daya
saluran dan rugi daya system, seperti yang tertera
pada tabel 1 di bawah ini :
Tabel 1. Load Flow Transformator 30 MVA
Kemudian untuk transformator 60 MVA
diperoleh hasil load flow sebagai berikut :
Gambar 2. Hasil running ETAP pada konfigurasi
Transformator 60 MVA
Gambar 1. Hasil running ETAP pada konfigurasi
Transformator 30 MVA
Data hasil running ETAP pada studi load
flow pada transformator 30 MVA diperoleh tegangan
pada masing-masing bus beban, aliran daya aktif
Data hasil running ETAP pada studi load
flow pada transformator 60 MVA diperoleh tegangan
pada masing-masing bus beban, aliran daya aktif
dan reaktif yang mengalir pada saluran, rugi daya
saluran dan rugi daya sistem, seperti yang tertera
pada tabel 2 di bawah ini :
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
Tabel 2. Load Flow Transformator 60 MVA
Sehingga pada bus 2 ini terlihat perubahan
yang signifikan yang terjadi setelah dilakukannya up
rating transformator akibat bartambahnya beban
pada penyulang. Berikut ini merupakan grafik dari
peningkatan pada uji coba gangguan hubung
singkat :
Gambar 3. Perbandingan Arus Hubung Singkat
Transformator pada Bus 2
Berdasarkan keterangan grafik di atas maka untuk
menentukan nilai breaking capacity pada PMT harus
lebih besar dibandingkan arus hubung singkat
maksimal, sisi lain up rating transformator dapat
meningkatkan arus hubung singkat (Isc) menjadi
naik, sehingga perlu dilakukan pengecekan breaking
capacity pada PMT eksiting.
Pembahasan
Proses up rating transformator ini terjadi
pada penyaluran beban ke konsumen yang
mengalami peningkatan. Peningkatan ini bersamaan
dengan permintaan daya listrik oleh konsumen baik
rumah tangga maupun industri.
Up rating
transformator ini terjadi pada saluran distribusi
150/20 kV pada transformator III pada Gardu Induk
Bandung Utara.
Berdasarkan data pada tabel 1 terdapat
beberapa bus yang mengalami undervoltage, yaitu
A1-64
BUS 2, sehingga, pengaruh up rating ini sangat
penting untuk diperhatikan terutama untuk
mengevaluasi pengaruh terjadinya gangguan
hubungan singkat pada jaringan dan mengetahui
besar arus-arus yang mengalir melalui saluransaluran yang dikontribusi oleh bus pada sistem
tenaga di dalam interval waktu tertentu ketika
sebuah gangguan hubung singkat terjadi. Selain itu,
uji coba hubung singkat juga digunakan untuk
menilai kapasitas-kapasitas alat-alat pemutus
tenaga (PMT), perhitungan setting rele proteksi,
maupun jaringan, sehingga dapat mengetahui
besaran arus yang yang mengalir saat sebelum dan
sesudah dilakukan proses up rating, ini dilakukan
untuk keperluan evaluasi uji breaking capacity PMT
sebagai pengaman (proteksi) serta perubahan
setting rele proteksi terutama Over Current Relay
(OCR) yang sudah beroperasi ataupun untuk
keperluan perangkat pengaman yang baru.
Sehingga sistem dapat diperbaiki dengan baik pada
circuit breaker dengan jumlah cycle yang minimal,
mengisolasi komponen yang mengalami gangguan
(fault) dan mengatur sistem pembebanan sehingga
kinerja proteksi akan tetap terjaga dan bekerja
sesuai setting yang telah dipasang.
Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan analisis dan pembahasan diatas
diperoleh kesimpulan sebagai berikut
1. Aliran daya (load flow) yang mengalir pada
transformator 30 MVA yaitu sebesar 33.38 MW
pada BUS 1, dan 33.15 MW pada BUS 2
terhadap beban pada penyulang, kemudian
pada transformator transformator 60 MVA yaitu
sebesar 35.95 MW pada BUS 1, dan 35.86 MW
pada BUS 2 terhadap beban pada penyulang.
2. Hubung singkat yang terjadi pada BUS 2 pada
transformator 30 MVA diperoleh Isc-3phasa
sebesar 6.126 kA, Isc-2phasa 5.305 kA, Isc2phasa ke tanah 5.552 kA, Isc-1phasa 0.980 kA,
dan pada transformator 60 MVA diperoleh Isc3phasa sebesar 11.342 kA, Isc-2phasa 9.823
kA, Isc-2phasa ke tanah 10.038 kA, Isc-1phasa
0.863 kA.
3. Perubahan hubung singkat yang terjadi, ini
sangat mempengaruhi kinerja dari PMT dan
setting pada OCR, sehinga perlu adanya uji
breaking capacity pada PMT pada penyulang
agar bekerja dengan baik,
4. Perubahan setting waktu OCR mengakibatkan
arus hubung singkat transfomator 30 MVA dan
60 MVA adalah pada sisi 150 kV 0.73s menjadi
0.62s, dan pada sisi 20 kV diperoleh 0.25s
menjadi 0.27s.
Saran
1. Studi up rating ini merupakan salah satu
faktor terpenting pada perencanaan dan
desain sistem tenaga listrik, baik dalam
pengembangan
maupun
mengevaluasi
unjuk kerja (performansi) dari sistem
tersebut.
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
2. Penggunaan ETAP PowerStation dapat
dijadikan alternatif dalam penyelesaian
studi-studi
tentang
masalah-masalah
ketenagalistrikan khususnya pada PT. PLN
(Persero) dan institusi yang memiliki
program studi listrik tenaga atau arus kuat.
Karena keunggulan program ini yaitu full
grafis, operasi dengan virtual reality, data
yang terintegrasi secara total, pemasukan
data (entry data) yang sederhana.
Daftar Pustaka
Arismunandar, Kuhwara, 1979, Teknik Tenaga
Listrik, Jakarta : PT. Pradnya Paramita.
John J. Grainger and William D. Stevenson, Jr.
1994. Power System Analysis. Singapore :
McGraw-Hill
Jean Claude. A solution for maintenance of power
transformer overating under frequent
overload : http:// IEEE. html _up rating
transformer [dikases 24 Maret 2009]
Widiatmoko. C, 2008, Perancangan Transformator
Daya Satu Fasa Core Type Dengan
Bantuan PC, Jurnal Elektro.
Warman E, 2007, Pemilihan Dan Peningkatan
Penggunaan
Atau
Pemakaian
Serta
Manajement Trafo Distribusi. Jurnal Teknik
Elektro Universitas Sumatera Utara.
Kadir Abdul. 1981. Transformator. Jakarta : PT.
Pradnya Paramita.
Marsudi Djiteng. 2006. Operasi Sistem Tenaga
Listrik. Yogyakarta : Graha Ilmu.
Neidle. Michael. 1999. Teknologi Instalasi Listrik.
Jakarta : Erlangga.
Panduan Pemeliharaan Transformator Tenaga. PT
PLN (persero) P3B.
PT. PLN (Persero) P3B JB, Kaidah Koordinasi
Setting Trafo Distribusi 2008.
Stevenson,Jr. Wiliam D. 2004. Analisis Sistem
Tenaga Listrik. Jakarta : Erlangga
Tobing, Bonggas L. 2003. Peralatan Tegangan
Tinggi. Jakarta : Gramedia
Turan Gonen. 1988. Modern System Analysis.
Canada : John Wiley and Sons
A1-65