Uploaded by Ikhlas Kitta

06-BAB II-ok

advertisement
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Pendahuluan
Transformator adalah suatu alat listrik statis yang dapat memindahkan dan
mengubah energi listrik arus bolak-balik (AC) dari satu atau lebih rangkaian
listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet dan
berdasarkan prinsip induksi elektro-magnetik. Transformator digunakan secara
luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaannya dalam
sistem tenaga listrik memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai dan
ekonomis untuk tiap-tiap keperluan misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi
dalam pengiriman daya listrik jarak jauh.
Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dikelompokkan
menjadi :
1. Transformator daya.
2. Transformator distribusi.
3. Transformator pengukuran; yang terdiri dari transformator arus dan
transformator tegangan.
2.2 Transformator Daya.
2.2.1. Prinsip Induksi.
Hukum utama dalam transformator adalah hukum induksi faraday.
Menurut hukum ini suatu gaya listrik melalui garis lengkung yang tertutup, adalah
5
berbanding lurus dengan perubahan persatuan waktu dari pada arus induksi atau
fluks yang dilingkari oleh garis lengkung itu (Lihat gambar 2.1. dan 2.2).
Gambar 2.1. Arus magnitisasi secara
grafis tanpa memperhitungkan rugi-rugi
besi.
Gambar 2.2 Arus magnitasi secara grafis
dengan memperhitungkan rugi – rugi besi.
Selain hukum Faraday, transformator menggunakan hukum Lorenz seperti terlihat
pada gambar 2.3. berikut ini :
Gambar 2.3. Hukum Lorenz
Dasar dari teori transformator adalah sebagai berikut :
Arus listrik bolak-balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi
itu akan berubah menjadi magnit (seperti gambar 2.4.) dan apabila magnit tersebut
dikelilingi oleh suatu belitan maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi
beda tegangan.
6
Gambar 2.4. Suatu arus listrik mengelilingi Gambar 2.5. Suatu lilitan mengelilingi
inti besi maka besi itu menjadi magnit.
magnit maka akan timbul gaya gerak
listrik (GGL)
Dari prinsip tersebut di atas dibuat suatu transformator seperti gambar 2.6. di
bawah ini.
Gambar 2.6. Prinsip Dasar dari Transformator.
Rumus tegangan adalah:
E = 4,44 φ N f x 10 - 8
Maka untuk transformator rumus tersebut sebagai berikut:
E1 : E2 = 4,44 φ N1 f 1x 10 – 8 : 4,44 φ N2 f2 x 10 – 8
karena f 1 = f2
maka
7
E1 : E2 = 4,44 φ N1 f 1 x 10-8 : 4,44 φ N2 f2 x 10-8
E1 : E2 = N1: N2
E1 N2 = E2 N1
E2 = (N2 / N1) x E1
dengan :
E1 = tegangan primer
E2 = tegangan sekunder
N1 = belitan primer
N2 = belitan sekunder
VA primer = VA sekunder
I1 x E1 = I1 x E2
E1/ E2 = I2 / I1
I1 = I2 ( E2/ E1)
dengan :
I1 = Arus primer
I2 = Arus sekunder
E1 = tegangan primer
E2 = tegangan sekunder
Rumus umum menjadi :
E₁ N₁ I₂
=
=
E₂ N₂ I₁
8
2.3 Transformator tenaga
adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan
tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya.
Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai
jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transformator
diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus menerus tanpa
berhenti). Mengingat kerja keras dari suatu transformator seperti itu maka cara
pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin. Oleh karena itu transformator harus
dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang benar, baik dan tepat.
Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian-bagian transformator dan
bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian yang lainnya.
Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator 500/150
kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformator (IBT). Transformator
150/20kV dan 70/20 kV disebut juga trafo distribusi. Titik netral transformator
ditanahkan sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan / proteksi, sebagai
contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di sisi netral 150 kV
dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah atau tahanan
tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV nya.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti:
- Transformator Mesin (Pembangkit )
- Transformator Gardu Induk
- Transformator Distribusi
9
Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti:
- Transformator besar
- Transformator sedang
- Transformator kecil
2.3.1 Konstruksi Bagian-bagian Transformator
Transformator terdiri dari :
a. Bagian Utama.
1. Inti besi
2. Kumparan Transformator
3. Minyak Transformator
4. Bushing
5. Tangki Konservator
b. Peralatan Bantu.
1. Pendingin
2. Tap Changer
3. Alat pernapasan (Dehydrating Breather)
4. Indikator-indikator : Thermometer, permukaan minyak
c. Peralatan Proteksi.
1. Rele Bucholz
2. Pengaman tekanan lebih (Explosive Membrane) / Bursting Plate
3. Rele tekanan lebih (Sudden Pressure Relay)
4. Rele pengaman tangki
10
d. Peralatan Tambahan untuk Pengaman Transformator.
1. Pemadam kebakaran (transformator - transformator besar )
2. Rele differensial (Differential Relay)
3. Rele arus lebih (Over current Relay)
4. Rele hubung tanah (Ground Fault Relay)
5. Rele thermis (Thermal Relay)
6. Arrester
2.3.2 Bagian Utama
2.3.2.1 Inti Besi
Berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi, 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
Eddy Current.
Gambar 2.7 Inti besi dan laminasi yang diikat fiber glass
11
2.3.2.2 Kumparan Transformator
Adalah beberapa lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu
kumparan. Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan
sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap antar kumparan
dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-lain.
Kumparan tersebut sebagai alat transformasi tegangan dan arus.
Gambar 2.8 Kumparan Phasa RST
Kumparan primer (P) yaitu kumparan yang dihubungkan sumber tenaga listrik,
kumparan ini dapat merupakan kumparan bertegangan tinggi atau bertegangan
rendah tergantung dari pemakaian.
Kumparan sekunder (S) yaitu kumparan yang dihubungkan dengan beban,
kumparan tersebut merupakan kumparan tegangan tinggi atau tegangan rendah
tergantung dari pemakaian.
12
Apabila tegangan pada Primer lebih besar Sekunder dan tentunya lilitan
primer lebih banyak dari pada sekundernya, N1 lebih banyak N2 maka trafo
tersebut disebut trafo penurun tegangan (step down). Sebaliknya apabila N1 lebih
kecil maka trafo tersebut disebut trafo penaik tegangan (step up).
I1
N1
V1
N2
E1
I2
E2
Gambar 2.9 Bagan transformator
dengan :
V1 : tegangan sumber
V2 : tegangan beban
I1
: arus primer
I2
: arus sekunder
 :
fluksi
E1 : GGL induksi pada kumparan primer
E2 : GGL induksi pada kumparan sekunder
N1 : jumlah lilitan kumparan primer
N2 : jumlah lilitan kumparan sekunder
Z
:
impedansi beban di sisi sekunder
13
V2
Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan, arus
bolak-balik I1 akan mengalir pada kumparan primer. Oleh karena kumparan
mempunyai inti besi, maka arus I1 menimbulkan fluks magnet yang juga berubahubah pada inti besi, sehingga timbul GGL (gaya gerak listrik) induksi E1 pada
kumparan primer.
E1   N 1
d
volt ...
dt
(1)
Fluks magnet yang menginduksikan GGL induksi E1 juga dialami oleh
kumparan sekunder karena merupakan fluks bersama (mutual fluks). Fluks
tersebut akan menginduksikan GGL induksi E2 pada kumparan sekunder.
Besarnya GGL induksi pada kumparan sekunder adalah :
E2   N 2
d
volt ...
dt
(2)
dengan :
E1 : GGL induksi pada kumparan primer
E2 : GGL induksi pada kumparan sekunder
N1 : jumlah lilitan kumparan primer
N2 : jumlah lilitan kumparan sekunder
d : perubahan garis-garis gaya magnet dalam satuan weber
dt : perubahan waktu dalam satuan detik
14
Dari persamaan (1) dan (2) didapatkan perbandingan lilitan berdasarkan
perbandingan GGL induksi yaitu :
a
a
E1 N1
...

E2 N 2
(3)
: nilai perbandingan lilitan transformator (turn ratio)
Apabila,
a < 1, maka transformator berfungsi untuk menaikkan tegangan (step
up transformer).
a > 1, maka transformer berfungsi untuk menurunkan tegangan (step
down transformer).
Apabila transformator dianggap ideal (tidak ada rugi-rugi daya), maka
daya input (P1) dapat dianggap sama dengan daya output (Po).
P1 = P o
V1I1 = V2 I2
I 1 V2

 ...
I 2 V1
(4)
Dari persamaan (3) dan (4) untuk trafo ideal berlaku persamaan :
a
N1 V1 I 2

 ...
N 2 V2 I 1
(5)
15
2.3.2.3 Minyak Transformator
Fungsi dari minyak Trafo adalah insulator yaitu mengisolasi kumparan di
dalam trafo supaya tidak terjadi loncatan bunga api listrik (hubungan pendek)
akibat tegangan tinggi. Pendingin yaitu mengambil panas yang ditimbulkan
sewaktu trafo berbeban lalu melepaskannya.
Melindungi komponen-komponen di dalam trafo terhadap korosi dan oksidasi.
Untuk itu minyak trafo harus memenuhi persyaratan sebagai berikut :
- Kekuatan isolasi harus tinggi, sesuai IEC 296 minyak trafo harus Class 1 & 2
yaitu untuk minyak baru dan belum di Filter > 30 kV/2,5 mm dan setelah difilter
yaitu > 50 kV/2,5 mm.
- Penyalur panas yang baik, berat jenis kecil, sehingga partikel-partikel
dalam minyak dapat mengendap dengan cepat.
- Viskositas yang rendah agar lebih mudah bersirkulasi dan kemampuan
pendingan menjadi lebih baik. Pada IEC 296 Viskositas minyak class 1 saat suhu
40o C adalah < 16,5 cSt.
- Titik nyala yang tinggi, tidak mudah menguap yang dapat membahayakan.
Sesuai IEC 296 Flash point minyak trafo di atas 163oC dan Pour point adalah di
bawah – 30 o C.
- Tidak merusak bahan isolasi padat.
- Sifat kimia Y
Spesifikasi dan metode pengetesan minyak yang digunakan untuk minyak isolasi
transformer adalah menggunakan standar IEC Publ 296 “Specification for unused
mineral insulating oil for transformer and switchgear”.
16
Jika minyak isolasi transformator didatangkan dengan tangki tersendiri, besar
moisture yang terdapat dalam minyak tidak boleh lebih besar dari 10 ppm dan
dalam masa pengangkutan minyak tidak boleh terkontaminasi oleh udara. Maka
sebelum minyak dipompakan ke dalam tangki transformer perlu dilakukan
penyaringan dan pemurnian (Treatment).
Tabel 2.1 Dielectric Strength dari Minyak untuk Tegangan Operasi
Tegangan
operasi (kV)
> 170
70 – 170
< 70
Tegangan tembus minyak transformer
Untuk Minyak Sudah
Untuk Minyak Baru
Dipakai
IEC 156 KV/2,5 mm
≥ 50
≥ 50
≥ 50
IEC 156 KV/2,5 mm
≥ 50
≥ 40
≥ 30
17
Tabel 2.2 beberapa petunjuk untuk melihat Minyak Trafo
Bagus
0,03
Kekuatan
kertas
(IFT)
dynes/cm
45
Kuning pucat
0,10
30
Pendingina bagus
Isolasi bagus
Terjadi endapan (sludge) yang
membaur di minyak yang akan
menyebabkan IFT menurun.
Warna dan
Kelompok
Angka
Asam
#0,5
Contoh A
0,05
27
Kuning muda
0,10
29
Umum
0,11
24
Kuning terang
0,15
27
Jelek
0,16
18
Kuning sawo
0,40
24
Amat jelek
0,41
14
Kuning sawo
0,65
18
Sangat jelek
0,66
9
Coklat kehitaman
1,50
14
1,5
6
dan lebih
9
Akibat pada transformator
Menggambarkan bahwa :
#10
#1,5 - 2,0
Terjadi endapan asam tipis pada
lilitan, slude. Hal ini akan menjadi
penyebab gangguan. Agar
dihindari kandungan sludge yang
menebal.
Hampir semua Trafo pada keadaan
ini terdapat endapan sludge pada
lilitan dan inti.
#2,5
#3,0 - 5,0
Endapan sludge akan beropsidasi
kemudian mengeras dan terjadi
juga di isolasi (kerts) mudah terjadi
kerusakan.
Sludge menyumbat sirip-sirip
pendingin yang menyebabkan
kenaikan temperatur sampai 20⁰ C.
#5,0 - 7,0
Minyak kelas 7
(crude oil) Hitam
Diperlukan suatu cara untuk
menghilangkan sludge (yang lebih
bagus dari("Sludge Purge"). Pada
kondisi ini transformator harus di
overhaul (tidak ada gunanya hanya
dengan mengganti dengan minyak
trafo)
#7,0 - 8,0
18
2.3.2.4 Bushing
Hubungan antara kumparan trafo ke jaringan luar melalui sebuah bushing
yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator, yang sekaligus berfungsi
sebagai
penyekat
antara
konduktor
tersebut
dengan
tangki
trafo.
Merk Haefly Type COT 650 Merk Haefly Type COT 1050 Merk Haefly Type COT 125
Gambar 2.10 Contoh Bushing Transformator 70/20 KV.
19
2.3.2.5 Tangki Konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam minyak trafo
berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo,
tangki dilengkapi dengan konservator.
Konservator
Gambar 2.11 Konservator Trafo
2.3.3 Peralatan Bantu
2.3.3.1 Pendingin
Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi
besi dan rugi-rugi tembaga. Bila panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu
yang berlebihan, akan merusak isolasi (di dalam transformator). Maka untuk
mengurangi kenaikan suhu transformator yang berlebihan maka perlu dilengkapi
dengan alat/sistem pendingin untuk menyalurkan panas keluar transformator
(gambar 2.12.)
20
Media yang dipakai pada sistem pendingin dapat berupa: Udara/gas, Minyak, Air,
dan lain sebagainya.
Sedangkan pengalirannya (sirkulasi) dapat dengan cara: Alamiah (natural),
Tekanan/paksaan.
Pada cara alamiah (natural), pengaliran media sebagai akibat adanya
perbedaan suhu media dan untuk mempercepat perpindahan panas dari media
tersebut ke udara luar diperlukan bidang perpindahan panas yang lebih luas antara
media (minyak-udara/gas), dengan cara melengkapi transformator dengan siripsirip (Radiator). Bila diinginkan penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara
natural/alamiah tersebut dapat dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat
sirkulasi media pendingin dengan pompa-pompa sirkulasi minyak, udara dan air,
cara ini disebut pendingin paksa (Forced).
Macam-macam sistem pendingin transformator berdasarkan media dan cara
pengalirannya dapat diklasifikasikan sebagai berikut (menurut IEC 1976) :
Tabel 2.3 macam-macam sistem pendingin
No.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Macam Sistem
Pendingin *)
AN
AF
ONAN
ONAF
OFAN
AFAF
OFWF
ONAN/ONAF
ONAN/OFAN
ONAN/OFAF
ONAN/OFWF
Media
Dalam Transformator
Diluar Transformator
Sirkulasi
Sirkulasi
Sirkulasi
Sirkulasi
Alamiah
Paksa
Alamiah
Paksa
Udara
Udara
Minyak
Udara
Minyak
Udara
Minyak
Udara
Minyak
Udara
Minyak
Air
Kombinasi 3 dan 4
Kombinasi 3 dan 5
Kombinasi 3 dan 6
Kombinasi 3 dan 7
21
Gambar 2.12 Susunan Motor Blower untuk alat pendingin minyak
Transformator secara udara dipaksakan.
2.3.3.2 Perubah Tap (Tap Changer)
Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk
mendapatkan tegangan operasi sekunder yang lebih baik (diinginkan) dari
tegangan jaringan / primer yang berubah-ubah. Tap changer yang hanya bisa
beroperasi untuk memindahkan tap transformator dalam keadaan transformator
tidak berbeban disebut “Off Load Tap Changer” dan hanya dapat dioperasikan
manual. Tap changer yang dapat beroperasi untuk memindahkan tap
transformator, dalam keadaan transformator berbeban disebut “On Load Tap
Changer” dan dapat dioperasikan secara manual atau otomatis. Untuk memenuhi
kualitas tegangan pelayanan sesuai kebutuhan konsumen (PLN Distribusi),
22
tegangan keluaran (sekunder) transformator harus dapat dirubah sesuai keinginan.
Untuk memenuhi hal tersebut, maka pada salah satu atau pada kedua sisi belitan
transformator dibuat tap (penyadap) untuk merubah perbandingan transformasi
(rasio) trafo.
Ada dua cara kerja tap changer:
1. Mengubah tap dalam keadaan trafo tanpa beban.
2. Mengubah tap dalam keadaan trafo berbeban (On Load Tap Changer / OLTC)
Transformator yang terpasang di gardu induk pada umumnya menggunakan tap
changer yang dapat dioperasikan dalam keadaan trafo berbeban dan dipasang di
sisi primer. Sedangkan transformator penaik tegangan di pembangkit atau pada
trafo kapasitas kecil, umumnya menggunakan tap changer yang dioperasikan
hanya pada saat trafo tenaga tanpa beban.
OLTC terdiri dari : Selector Switch, Diverter switch, dan Transisi resistor.
Untuk mengisolasi dari bodi trafo (tanah) dan meredam panas pada saat proses
perpindahan tap, maka OLTC direndam di dalam minyak isolasi yang biasanya
terpisah dengan minyak isolasi utama trafo (ada beberapa trafo yang
compartemennya menjadi satu dengan main tank).
Karena pada proses perpindahan hubungan tap di dalam minyak terjadi fenomena
elektris, mekanis, kimia dan panas, maka minyak isolasi OLTC kualitasnya akan
cepat menurun. tergantung dari jumlah kerjanya dan adanya kelainan di dalam
OLTC.
23
Gambar 2.13 Perubah Tap Tegangan Tinggi (ON Load) pada
transformator tenaga 3 phasa 50 Hz
Gambar 2.14 Skema rangkaian Pengubah Tap untuk pengaturan tegangan
24
2.3.3.3 Alat Pernafasan (Dehydrating Breather)
Karena pengaruh naik turunnya beban transformator maupun suhu udara
luar, maka suhu minyak pun akan berubah-ubah mengikuti keadaan tersebut. Bila
suhu minyak tinggi, minyak akan memuai dan mendesak udara di atas permukaan
minyak keluar dari tangki, sebaliknya apabila suhu minyak turun, minyak
menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Kedua proses di atas
disebut pernapasan transformator. Akibat pernapasan transformator tersebut maka
permukaan minyak akan selalu bersinggungan dengan udara luar. Udara luar yang
lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak transformator, maka
untuk mencegah hal tersebut, pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi
dengan alat pernapasan, berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis
Gambar 2.15 Alat Pernafasan, Berupa tabung berisi Kristal Zat Hygroskopis
25
2.3.3.4 Indikator
Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya
indikator pada transformator sebagai berikut: Indikator suhu minyak (Gambar
2.16.), Indikator permukaan minyak. (Gambar 2.16.), Indikator sistem pendingin,
Indikator kedudukan tap, dan sebagainya
Gambar 2.16 Alat pengukur suhu dan indikator permukaan minyak
2.3.4 Peralatan Proteksi
Rele Proteksi adalah suatu alat pengaman untuk mendeteksi kondisi tidak
normal atau gangguan yang terjadi dalam sistem tenaga listrik, dengan cara
mengukur suatu besaran tertentu, lalu memberikan instruksi/perintah berupa
besaran listrik atau mekanis sebagai tanggapan/respons atas besaran yang
26
dideteksinya. Instruksi yang merupakan besaran listrik ditujukan pada “trip coil”,
pemutus tenaga (PMT) atau alat-alat indikator seperti lampu atau bel.
2.3.4.1 Kriteria Rele Proteksi
Kriteria yang harus dipenuhi oleh suatu rele proteksi adalah :
1.
Keandalan
Rele proteksi harus dapat berfungsi dengan baik dan benar, terutama saat
terjadi gangguan. Keandalan terdiri atas dua unsur yaitu :
-
Security, harus bekerja bila ada gangguan.
-
Dependability, tidak boleh bekerja bila tak ada gangguan.
2.
Kecepatan
Rele proteksi harus bekerja secepat mungkin untuk memutuskan bagian yang
terganggu. Kecepatan bereaksi rele adalah saat rele mulai merasakan bagian
adanya gangguan sampai dengan pelepasan pemutus (PMT).
3.
Selektif
Rele proteksi harus memiliki kemampuan untuk menentukan lokasi gangguan
yang terjadi dan memilih pemutus (PMT) yang harus bekerja, untuk melokalisir
sistem yang terkena gangguan dengan yang tidak terkena gangguan. Hal ini
menyangkut koordinasi pengamanan sistem secara keseluruhan.
4.
Ekonomis
Faktor biaya memegang peranan penting dalam perencanaan sistem, karena
itu diperlukan optimalisasi penggabungan dari seluruh kebutuhan dasar sistem
27
rele proteksi sehingga dapat dibuat suatu desain sistem yang ekonomis tanpa
mengabaikan
keandalan,
selektifitas
dan
kecepatan.
Diupayakan
biaya
perencanaan sistem ini tidak melampaui biaya peralatan yang diproteksi.
5.
Kesederhanaan
Sistem rele proteksi yang sederhana adalah sistem yang menggunakan
komponen-komponen dan desain yang tepat, dengan jumlah rele, kontak serta
rangkaian yang disesuaikan dengan kebutuhan. Kesederhanaan rele proteksi akan
meningkatkan keandalannya.
2.3.4.2 Sitem Rele Proteksi
Secara teori, suatu sistem rele proteksi akan langsung bereaksi terhadap
keadaan yang tidak normal (gangguan). Pada prakteknya harus dipertimbangkan
faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan sistem rele proteksi, yaitu :
–
Sistem operasi yang disesuaikan dengan standar yang berlaku.
–
Nilai ekonomis, yang terdiri dari investasi awal, biaya operasi dan perawatan
sistem rele proteksi.
–
Gangguan-gangguan yang terjadi sebelumnya, termasuk gejala gangguan yang
mungkin terjadi.
–
Data-data gangguan, lokasi transformator arus dan transformator tegangan.
2.3.4.3 Rele Utama (Primary Relay)
Rele utama merupakan pengaman utama dari sistem, apabila terjadi
gangguan pada sistem, rele akan membuka pemutus (PMT) secara langsung,
28
sehingga gangguan dapat dilokalisir. Salah satu rele utama dari transformator
daya tiga fasa adalah rele differensial.
2.3.4.4 Rele Cadangan (Back-up Relaying)
Jika rele utama gagal bekerja, maka yang akan bekerja adalah rele
cadangan. Rele ini bertugas untuk melindungi daerah yang terkena gangguan dan
melindungi daerah proteksi berikutnya. Selain itu rele cadangan sering digunakan
untuk menggantikan rele utama saat dilakukan perawatan dan perbaikan. Rele
arus lebih (OCR) dan rele gangguan tanah (GFR) merupakan rele cadangan untuk
proteksi sistem secara menyeluruh.
2.3.4.5 Daerah-daerah Perlindungan (Zone of Protection)
Koordinasi antar alat pengaman yang satu dengan yang lain sangat
diperlukan, sehingga hanya alat pengaman yang terdekat dengan lokasi gangguan
saja yang bekerja. Alat-alat pengaman sistem tenaga memiliki kemampuan kerja
yang terbatas, karena itu perlu dibuat pembagian daerah-daerah perlindungan,
agar didapatkan sensitivitas proteksi yang lebih baik.
2.3.4.6 Syarat-syarat Penggunaan Rele Proteksi
Hal-hal yang perlu diketahui dalam penggunaan rele proteksi pada sistem
tenaga listrik yaitu :
1. Konfigurasi Sistem
Dalam bentuk diagram satu garis (single line diagram) yang menjelaskan
setiap bagian dari sistem tenaga listrik, termasuk bagian proteksinya dengan
29
menunjukkan kapasitas dan lokasi dari transformator, hubungan transformator dan
frekuensi sistem.
2. Tingkat proteksi yang dibutuhkan
Jenis, kondisi dan prosedur operasi dari sistem proteksi yang digunakan harus
ditentukan dahulu, selanjutnya dapat ditentukan tingkat proteksi yang harus
bekerja cepat dan lambat serta waktu pemutusan dan penutuan PMT pada jaringan
transmisi.
3. Studi gangguan
Untuk kebutuhan setting rele proteksi, studi gangguan yang dilakukan adalah
studi gangguan hubung singkat tiga fasa, dua fasa dan satu fasa ke tanah.
4. Beban maksimum, data-data transformator dan impedansi
Beban maksimum, data transformator, impedansi, serta hubungan trafo arus
dan trafo tegangan termasuk perbandingan arus dan lokasi penempatannya
merupakan syarat penting dalam penggunaan rele proteksi.
2.3.5 Jenis & Prinsip Kerja Rele Proteksi Transformator Daya Tiga Fasa
2.3.5.1 Rele Differensial
Rele differensial merupakan pengaman utama (main protection) yang
digunakan untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat
yang terjadi di dalam daerah kerja (internal), yang daerah kerjanya dibatasi oleh
penempatan transformator arus (current transformer/CT) yang satu dengan
30
transformator arus lainnya. Rele differensial ini mempunyai keunggulan
dibandingkan rele proteksi lainnya yaitu :
–
sangat selektif, sehingga tidak perlu dikoordinir dengan rele lainnya.
–
sangat cepat dan tidak memerlukan waktu tunda (time delay).
Prinsip kerja rele differensial yaitu dengan membandingkan arus masuk
dan arus yang keluar dari transformator. Dimana bila dalam keadaan normal arusarus masuk relay selalu sama (i1 = i2). Apabila terjadi gangguan maka salah satu
arus akan berbeda nilai dan ini akan dideteksi oleh rele dan rele akan bekerja.
Agar rele dapat bekerja maka :
–
CT1 (current transformer/transformator arus) dan CT2 harus mempunyai rasio
sedemikian rupa sehingga i1 = i2.
–
Sambungan dari polaritas CT1 dan CT2 harus betul.
Gambar 2.17 Rangkaian rele differensial pada transformator daya
31
2.3.5.2 Rele Arus Lebih (Over Current Relay)
Rele arus lebih digunakan untuk mengamankan transformator terhadap
gangguan hubung singkat antara fasa baik di dalam (internal) maupun di luar
(eksternal) daerah proteksi transformator. Rele ini dapat berfungsi sebagai
cadangan (back-up) dari rele differensial. Rele ini bekerja berdasarkan besaran
arus lebih dan memberikan instruksi “trip” ke pemutus (PMT) sesuai dengan
karakteristik waktunya.
Prinsip kerja rele arus lebih yaitu bila pada kondisi normal, arus beban (Ip)
oleh transformator arus (CT) ditransformasikan ke besaran sekunder (Ir) sehingga
arus Ir akan mengalir pada kumparan rele. Karena nilai arus lebih kecil dari pada
suatu nilai yang ditetapkan, maka rele tidak bekerja. Bila terjadi gangguan hubung
singkat, arus Ip akan naik dan menyebabkan arus Ir juga naik. Jika arus Ir melebihi
nilai settingnya maka rele akan bekerja dan memberikan instruksi trip ke PMT,
sehingga gangguan dapat diisolir.
Gambar 2.18 Rangkaian rele arus lebih
32
2.3.5.3 Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relay)
Rele ganguan tanah berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap
gangguan hubung singkat fasa ke tanah. Prinsip kerjanya yaitu, bila terjadi ketidak
seimbangan arus atau gangguan hubung singkat fasa ke tanah, akan timbul arus
beban nol pada titik pentanahan transformator, sehingga rele pada titik netral
transformator akan bekerja.
OCR
GFR
Gambar 2.19 Rele gangguan tanah dipasang seri dengan tiga buah rele arus lebih
Pada gambar di atas menunjukkan rele gangguan tanah dipasang seri
setelah titik bintang dari ketiga kumparan OCR dan tanah, masing-masing fasa
dilengkapi dengan rele arus lebih (OCR).
2.3.5.4 Rele Gangguan Tanah Terbatas (Restricted Earth Fault)
Rele
gangguan
tanah
terbatas
digunakan
untuk
mengamankan
transformator terhadap gangguan tanah di dekat titik netral, dan proteksi ini hanya
mendeteksi gangguan tanah yang terjadi didalam trafo dan tidak bekerja untuk
external faulth. Proteksi ini memberikan perintah trip tanpa time delay.
33
Prinsip kerjanya yaitu jika terjadi gangguan tanah di dalam daerah
proteksi, arus akan mengalir menuju rele dan mengaktifkan rele
Gambar 2.20 Rangkaian rele gangguan tanah terbatas
2.3.5.5 Rele Tangki Tanah
Rele tangki tanah digunakan untuk mengamankan transformator terhadap
gangguan hubung singkat antara kumparan fasa dengan tanki transformator (pada
transformator yang titik netralnya diketanahkan).
Prinsip kerjanya yaitu akan mengalir arus urutan nol dan mengaktifkan
rele, jika terjadi gangguan tanah internal atau flash over pada bushing.
34
Gambar 2.21 Rangkaian rele tanki tanah
2.3.5.6 Rele Bucholz
Rele bucholz adalah alat/rele untuk mendeteksi dan mengamankan
terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang
timbul diakibatkan oleh karena :
1. Hubung singkat antar lilitan /dalam phasa
2. Hubung singkat antar phasa
3. Hubung singkat antar phasa ke tanah
4. Busur api listrik antar laminasi
5. Busur aplistrik karena kontak yang kurang baik
Gambar 2.22 Rele Bucholz
35
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.23 (a) Rele bucholz saat bekerja akibat minyak kurang dalam trafo.
(b) Rele bucholz saat bekerja akibat akumulasi gas yang timbul
dalam trafo.
(c) Rele bucholz saat bekerja akibat flow minyak karena gangguan
dalam trafo.
2.3.5.7 Rele Tekanan Lebih (Sudden Pressure Relay)
Rele tekanan lebih digunakan untuk mendeteksi tekanan yang berlebih
pada tangki transformator yang disebabkan gangguan internal. Rele ini
ditempatkan pada dinding tangki transformator di bawah batas minimum minyak.
Prinsip kerjanya yaitu jika tekanan di dalam tangki transformator naik
melebihi kekuatan diafragma pada rele (terbuat dari kaca, plastik atau tembaga),
maka diafragma tersebut akan pecah dan jarum pemecah (breaking needle) akan
keluar untuk mengaktifkan switch.
36
Gambar 2.24 Rele tekanan lebih
2.3.5.8 Rele Suhu
Rele suhu digunakan sebagai rele mekanis untuk mendeteksi suhu minyak
dan kumparan secara langsung. Rele ini memiliki sensor temperatur yang
dihubungkan ke peralatan (termometer dan kontak-kontak) melalui pipa kapiler.
Prinsip kerjanya yaitu jika terjadi gangguan yang mengakibatkan kenaikan
suhu pada minyak dan kumparan, panas yang diterima sensor temperatur diubah
menjadi gerakan mekanis untuk menggerakkan poros yang mempunyai jarum
penunjuk suhu dan beberapa kontak yang bekerja sesuai kenaikan suhu secara
bertahap. Tahap pertama menjalankan sistem pendinginan, tahap kedua
memberikan sinyal alarm dan tahap terakhir memberikan perintah trip ke PMT.
37
Gambar 2.25 Rangkaian rele suhu
2.3.5.9 Proteksi Api (Fire Protection)
Trafo Tenaga adalah salah satu peralatan yang cukup mahal yang
terpasang di pusat pembangkit dan Gardu Induk. Setiap Trafo Tenaga terisi
dengan material yang mudah terbakar dengan jumlah yang cukup besar yang
mana bila tersulut dapat menjalarkan api ke instalasi yang berdekatan. Oleh
karena itu sangat perlu dilengkapi dengan peralatan pengamannya.
Kegagalan-kegagalan Trafo Tenaga umumnya disebabkan oleh Break Down
isolasi pada bagian internal Trafo. Adanya energi busur listrik akan diikuti
kenaikan temperatur dan tekanan yang sangat cepat di dalam tangki Trafo.
Terbakarnya minyak pada jumlah tertentu dapat mengakibatkan tekanan yang
sangat tinggi kearah luar melalui kisaran bidang tertentu dan dapat langsung
diikuti nyala api.
Salah satu peralatan proteksi yang dapat mencegah api dan ledakan yang
merusak trafo adalah “SERGI” yang metode pengamanannya disebut sebagai
pengaman trafo dari ledakan dan kebakaran.
38
2.4 Kriteria Penyetelan Rele Proteksi
Dalam penggunaan rele proteksi diperlukan beberapa kriteria penyetelan
rele yang meliputi :
a. Data transformator yang terdiri dari :
–
Kapasitas daya transformator (MVA)
–
Perbandingan transformator arus (CT) (Ampere)
–
Impedansi hubung singkat transformator (%)
–
Tahanan pentanahan ()
–
Pengelompokan vektor (untuk hubungan YY, Y atau Y)
b. Kapasitas (MVA) hubung singkat sistem proteksi tiga fasa dan satu fasa
c. Setting rele proteksi pada transformator yang meliputi :
–
Setting arus
–
Setting tegangan
–
Setting waktu
d. Koordinasi setting
2.5 Penyetelan Rele Differensial
Syarat-syarat suatu proteksi differensial adalah :
–
besarnya arus-arus yang masuk rele differensial harus sama.
–
fase arus-arus tersebut harus berlawawnan.
Agar persyaratan tersebut dipenuhi, dapat dipergunakan trafo arus bantu (Auxilary
Current Transformer/ACT) yang berfungsi untuk :
39
–
mencocokkan / menyeimbangkan arus yang akan masuk ke differensial rele
dari masing-masing pihak.
–
mencocokkan pergeseran fase dari arus-arus yang akan masuk ke rele
differensial.
Oleh karena itu pada penyetelan rele differensial diperlukan penentuan
rasio dan hubungan (group vektor) CT, penentuan rasio dan hubungan ACT.
1.
Penentuan rasio dan hubungan CT
In1 
MVA trafo
In 2 
MVA trafo
3xVt1
3xVt2
dengan :
2.
–
In1 adalah arus nominal trafo sisi tegangan tinggi.
–
In2 adalah arus nominal trafo sisi tegangan rendah
–
Vt1 adalah tegangan trafo sisi tegangan tinggi
–
Vt2 adalah tegangan trafo sisi tegangan rendah
–
Rasio CT adalah rasio yang tersedia di PLN dimana rasio CT > In.
Penentuan rasio dan group vektor ACT
RACT1 
TS1
TP1
RACT2 
TS 2
TP2
40
dengan :
-
RACT1 adalah perbandingan arus pada ACT1
-
RACT2 adalah perbandingan arus pada ACT2.
-
TS1 adalah rasio belitan sekunder ACT sisi tegangan tinggi
-
TS2 adalah rasio belitan sekunder ACT sisi tegangan rendah
-
TP1 adalah rasio belitan primer ACT sisi tegangan tinggi
-
TP2 adalah rasio belitan primer ACT sisi tegangan rendah
Data-data yang diperlukan dalam menentukan rasio dan hubungan CT/ACT :
-
Daya dari transformator daya
-
Tegangan transformator daya
-
Impedansi transformator daya
-
Group vektor transformator daya
41
2.6 Gangguan Hubung Singkat Internal
Gangguan ini umumnya dapat dideteksi karena selalu muncul arus dan
tegangan yang tidak normal/tidak seimbang. Jenis gangguan ini berupa :
–
Gangguan hubung singkat fasa ke tanah
–
Gangguan hubung singkat fasa ke fasa
–
Gangguan hubung singkat antar lilitan pada kumparan yang sama
–
Gangguan-gangguan pada terminal transformator (bushing)
Untuk menentukan nilai arus gangguan hubung singkat dapat dilakukan cara
perhitungan sebagai berikut :

Gangguan hubung singkat tiga fasa
SISTEM
Ia
TENAGA
Ib
Ic
a
Zf
f
b
Zf
Zf
c
Gambar 2.26 Gangguan hubung singkat tiga fasa dengan impedansi gangguan Zf
Persamaan dasar : Va1 = Vf – Ia1Z1
Va2 = –Ia2Z2
Va0 = –Ia0Z0
Untuk gangguan ini diperoleh persamaan keadaan pada titik f :
42
Va – Vb = Ia Zf = Ib Zf
Va – Vc
= Ia Zf – Ic Zf
Ia + Ib + Ic = 0
Dari persamaan di atas diperoleh : If 

Vf
Z1  Z f
Gangguan hubung singkat dua fasa
SISTEM
Ia = 0
TENAGA
Ib
a
b
Zf
Ic
f
c
Gambar 2.27 Gangguan hubung singkat dua fasa dengan impedansi gangguan Zf
Untuk gangguan hubung singkat dua fasa persamaan keadaan pada titik f :
Ia = 0
Ib = –Ic
Vb – Vc = Ib Zf = –IcZf
Dari persamaan di atas diperoleh : If  
j 3 Vf
Z1  Z 2  Z f
43

Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah
SISTEM
TENAGA
f
a
Ia
Ib=0
b
Ic=0
c
Gambar 2.29 Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah dgn impedansi gangguan Zf
Untuk gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah persamaan keadaan pd titik f :
Ib = 0
Ic = 0
Va= IaZf
Dari persamaan di atas diperoleh : If 
3V f
Z 1  Z 2  Z 0  3Z f
Dalam studi gangguan hubung singkat pada sistem proteksi transformator
daya lebih ditujukan pada gangguan tiga fasa karena menghasilkan arus gangguan
yang paling besar dan gangguan satu fasa ke tanah karena merupakan gangguan
yang sering terjadi.
Studi gangguan hubung singkat tiga fasa digunakan untuk menentukan
setting rele proteksi gangguan fasa, sedangkan studi gangguan hubung singkat
satu fasa ke tanah digunakan untuk setting rele-rele proteksi gangguan hubung
tanah.
44
2.7
Gangguan Luar
2.7.1 Gangguan Hubung Singkat Eksternal
Gangguan ini terjadi di luar trafo daya, misalnya : gangguan hubung singkat di rel
penghantar (feeder) dan pada sistem sumber tenaga dari trafo daya. Gangguan ini
dapat dideteksi karena timbulnya arus yang cukup besar, mencapai beberapa kali
arus nominalnya.
2.7.2 Pembebanan Lebih
Transformator daya saat beroperasi secara terus-menerus pada arus beban
nominalnya (100% x INT). Apabila beban yang dilayani lebih besar dari 100%,
transformator akan mengalami pemanasan lebih. Kondisi ini tidak akan
menimbulkan kerusakan pada trafo daya secara langsung, tetapi apabila
berlangsung terus menerus akan mengurangi umur isolasi trafonya.
Macam-macam Gangguan Pada Transformator
1.
Gangguan pada transformator yaitu :
–
Kelembaban tinggi
–
Kerusakan isolasi pada lilitan karena gangguan luar dan gangguan
mekanis dan pada isolasi belitan
–
Pemanasan berlebih
–
Belitan yang terbuka atau putus
–
Gangguan hubung singkat tanah
–
Gangguan hubung singkat antara fasa
45
2.
Gangguan pada tap charger yaitu :
–
Gangguan mekanis
–
Gangguan pada kontaktor
–
Pemanasan berlebih
–
Gangguan hubung singkat
–
Gangguan eksternal
3. Gangguan pada bushing di antaranya :
–
Umur, kadar kontaminasi dengan lingkungan
–
Flash over yang disebabkan binatang
–
Kelembaban tinggi
–
Kurangnya minyak pada bushing
4. Gangguan pada terminal panel yaitu :
–
Kontak yang terlepas
–
Kurangnya isolator
–
Kelembaban tinggi
–
Gangguan hubung singkat
–
Kesalahan dalam penyambungan
5. Gangguan pada inti besi di antaranya :
–
Kesalahan pada isolasi pada inti besi
–
Gangguan hubung singkat pada laminasi
–
Terlepas klem (clamp), baut
6. Gangguan-gangguan lain di antaranya :
–
Gangguan pada bushing transformator
46
–
Adanya butiran logam pada minyak transformator
–
Gangguan pada peralatan bantu (pendingin, alat pernapasan)
–
Tegangan lebih
47
Download
Random flashcards
hardi

0 Cards oauth2_google_0810629b-edb6-401f-b28c-674c45d34d87

Rekening Agen Resmi De Nature Indonesia

9 Cards denaturerumahsehat

sport and healty

2 Cards Nova Aulia Rahman

Nomor Rekening Asli Agen De Nature Indonesia

2 Cards denaturerumahsehat

Secuplik Kuliner Sepanjang Danau Babakan

2 Cards oauth2_google_2e219703-8a29-4353-9cf2-b8dae956302e

Create flashcards