MAKALAH RELAY BUCHHOLZ SEBAGAI PENGAMAN TRANSFORMATOR Disusun oleh : 1. Tryvena Valentine Todingan 201711144 2. Debi Haningsih 201711245 3. Muhammad Aji Satrio Wiyogo 201711267 4. Femi Grecia L. Tobing 201711329 5. Brantasdi Anugrah H 201711051 Dosen Pengampu : Ir. Ibnu Hajar, S.T., M.sc INSTITUT TEKNOLOGI PLN JAKARTA 2020 KATA PENGANTAR Segala Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan segala rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul “Relai Bucholz sebagai pengaman Transmformator” guna memenuhi tugas mata kuliah proteksi program studi Elektro pada Fakultas Teknik Elektro Institut Teknologi PLN. Dalam penulisan dan penyusunan makalah ini kami turut mengucapkan terimakasih kepada bapak Ir. Ibnu Hajar, S.T., M.Sc selaku dosen yang memberikan kami pembelajaran matakuliah Proteksi Sistem Tenaga Listrik. Dalam penulisan makalah ini kami sadar masih terdapat banyak kekurangan, maka dari itu besar harapan kami untuk pembaca dapat memberikan saran dan kritik yang membangun guna menjadikan makalah ini lebih baik lagi. Akhir kata, kami berharap agar makalah ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun pihak yang memerlukan. Jakarta, 22 Desember 2020 Penulis i DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................................................................................ I DAFTAR ISI ..........................................................................................................................................................................II PENDAHULUAN ................................................................................................................................................................... 1 1.1 LATAR BELAKANG .............................................................................................................................................. 1 1.2 RUMUSAN MASALAH .......................................................................................................................................... 1 1.3 BATASAN MASALAH ............................................................................................................................................ 2 1.4 TUJUAN PEMBAHASAN ....................................................................................................................................... 2 1.5 MANFAAT PENULISAN ........................................................................................................................................ 2 1.5.1 Manfaat teoritis ................................................................................................................................................ 2 1.5.2 Manfaat praktis ................................................................................................................................................ 2 BAB II PEMBAHASAN......................................................................................................................................................... 3 2.1 TRANSFORMATOR ............................................................................................................................................... 3 2.1.1 Definisi Transformator .................................................................................................................................... 3 2.1.2 Prinsip kerja Transformator ............................................................................................................................ 3 2.1.3 Macam-macam gangguan pada trafo ............................................................................................................. 4 2.2 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK ............................................................................................................ 5 2.2.1 Pengertian Sistem Proteksi ............................................................................................................................. 5 2.2.2 Fungsi dan Peranan Relay Proteksi................................................................................................................ 6 2.3 RELAY BUCHHOLZ .............................................................................................................................................. 6 2.3.1 Pengertian Relay Buchoolz ............................................................................................................................. 6 2.3.2 Konstruksi Relay Bucholz ................................................................................................................................ 7 2.3.3 Prinsip Kerja Relay Bucholz ............................................................................................................................ 8 2.3.4 Keunggulan dan Kerugian Relay Buchholz ................................................................................................... 9 BAB III PENUTUP............................................................................................................................................................... 10 3.1 KESIMPULAN............................................................................................................................................................ 10 3.2 SARAN ...................................................................................................................................................................... 10 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................................................................ 11 ii BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Transformator adalah suatu peralatan listrik yang digunakan untuk mentransformasikan daya atau energi listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai dan ekonomis untuk tiap – tiap keperluan sehingga transformator merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam penyaluran tenaga listrik dari gardu distribusi ke konsumen. Kerusakan pada transformator menyebabkan kelangsungan pelayanan terhadap konsumen akan terganggu, tidak terjualnya energi listrik kepada konsumen dan mahalnya harga transformator menjadikan komponen ini sangat perlu perhatian khusus. Proteksi pada transformator sangatlah dibutuhkan. Dengan proteksi yang bagus, maka transformator tidak akan rusak ketika ada sebuah gangguan yang bersifat sementara. Salah satu peralatan proteksi yang dibutuhkan pada transformator ialah Relay Bucholz, perangkat keamanan yang biasanya digunakan pada Transformator yang diserap oli besar. Ini adalah jenis Relay keamanan yang diaktifkan minyak dan gas. Tujuan Relay Bucholz adalah untuk memberikan perlindungan kepada transformator dari berbagai kesalahan yang terjadi pada transformator seperti Hubungan pendek (konsleting), antar belokan, inti, baru mulai, dll. Relay ini akan merasakan kesalahan ini dan menutup rangkaian alarm. Relai Bucholz ini menyimpan beberapa transformator yang diisi minyak, dan digunakan sebagai alat pelindung untuk kegagalan die-electric di transformator seperti kebocoran arus, pembuangan pecahan, hot spot dan arcing adalah fenomena yang mengantarkan ke isolasi degradasi minyak bertindak dengan menghasilkan aliran berbahaya gas di tangki trafo. Ketika trafo dekat, maka ia memiliki dampak ekonomi yang besar pada operasi jaringan catu daya. Dengan demikian, itu adalah tujuan untuk memastikan pengukuran yang tepat dari kondisi trafo. Pembuatan karya tulis ini juga berdasarkan tugas mata kuliah konsentrasi yaitu sistem proteksi. 1.2 RUMUSAN MASALAH Rumusan masalah yang akan dikaji adalah sebagai berikut : 1. Apa itu transformator ? 2. Gangguan seperti apa yang dapat terjadi pada transformator ? 3. Apa itu relai bucholtz ? 1 4. Bagaimana relai bucholtz dapat memproteksi transformator ? 5. Apa saja keunggulan dan kekurangan relai bucholz ? 1.3 BATASAN MASALAH Batasan maslah yang dibuat dalam makalah ini ialah penerapan sistem proteksi dari relai bucholz pada peralatan transformator. 1.4 TUJUAN PEMBAHASAN Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Memahami apa itu transformator 2. Memberikan pemahaman dan kompetensi yang lebih dalam mengenai proteksi, terutama relai bucholz pada transformator. 3. Mengetahui keunggulan dan kerugian relai bucholz. 4. Sebagai sumber referensi oleh para pembaca dan sebagai dasar pemikiran untuk dikembangkan atau untuk dilengkapi. 5. Sebagai pemenuhan tugas dari mata kuliah sistem proteksi tenaga listrik 1.5 MANFAAT PENULISAN Manfaat dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : 1.5.1 Manfaat teoritis Makalah ini diharapkan mampu memberikan sumbangan teoritis terkait relay buccholz lebih pada mahasiswa maupun khalayak umum yang berkecimpung dalam bidang kelistrikan khususnya listrik tenaga agar lebih memahami relay buccholz 1.5.2 Manfaat praktis Dapat mengetahui prinsip kerja, penggunaan, konstruksi, keunggulan dari relay buccholz dalam system proteksi tenaga listrik 2 BAB II 2 PEMBAHASAN 2.1 TRANSFORMATOR 2.1.1 Definisi Transformator Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Transformator menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan hukum lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah menjadi magnet. Transformer atau trafo merupakan suatu peralatan yang dapat mengubah tenaga listrik dari suatu level tegangan ke level tegangan lainnya. Trafo biasanya terdiri atas dua bagian inti besi atau lebih yang dibungkus oleh belitan - belitan kawat tembaga. Gambar 2.1 Transformator 2.1.2 Prinsip kerja Transformator Prinsip pengubahan level tegangan dilakukan dengan memanfaatkan banyaknya jumlah belitan pada inti trafo. Bila salah satu kumpulan belitan, biasanya disebut belitan primer (N1), diberikan suatu tegangan yang berubah-ubah, maka akan menghasilkan mutual flux yang berubah-ubah dengan besar amplitude yang tergantung pada tegangan, frekuensi tegangan, dan jumlah lilitan kawat tembaga di belitan primer. Mutual flux yang terjadi akan terhubung dengan belitan lain yang disebut sisi sekunder (N2) dan akan menginduksi suatu tegangan yang berubah-ubah di dalamnya dengan nilai tegangan yang bergantung pada jumlah lilitan pada belitan sekunder. Dengan mengatur perbandingan jumlah lilitan antara sisi primer dan sekunder, maka akan dapat ditentukan rasio tegangan ataupun sering disebut rasio trafo. Berdasarkan frekuensi transformator dapat dikelompokan menjadi: 1. frekuensi daya 50-60 c/s 2. frekuensi pendengaran 50 c/s-20 kc/s 3. frekuensi radio diatas 30 kc/s Dalam bidang tenaga listrik pemakaian transformator dapat dikelompokan sebagai 3 berikut: 1. Transformator daya 2. Transformator distribusi 3. Transformator pengukuran Gabmar 2.2 Macam macam transformator 2.1.3 Macam-macam gangguan pada trafo Pada dasarnya, gangguan pada trafo dapat dibedakan menjadi dua, yaitu : 1. Internal faults (gangguan internal) 2. External faults (gangguan eksternal) Gangguan Internal Trafo (Internal Faults) Trafo memiliki sifat statis. Oleh karenanya, sebenarnya trafo termasuk peralatan pada sistem tenaga listrik yang reliable (berkeandalan tinggi). Namun, tetap saja, ada kemungkinan kegagalan ataupun gangguan terjadi diakibatkan oleh internal faults. Kondisi gangguan internal ini bisa terjadi karena, saat bekerja, trafo mendapatkan tekanan dari sumber-sumber eksternal. Yang termasuk internal faults pada trafo adalah : 1. Kegagalan pada isolasi belitan, laminasi, atau baut inti -> Kualitas yang menurun (biasanya terjadi kerapuhan) akibat usia atau overload. • Kegagalan pada isolasi belitan dapat mengakibatkan gangguan bumi (earth-faults) • Peluang terjadinya gangguan antar fasa sangat kecil • Kegagalan pada laminasi atau isolasi baut inti menyebabkan peningkatan eddy current, yang mengakibatkan panas berlebih pada inti. 2. Penurunan kualitas minyak yang bisa disebabkan oleh kualitas minyak yang buruk, penetrasi kelembaban, dekomposisi karena terlalu panas, atau pembentukan endapan oleh oksidasi sebagai akibat dari sambungan yang buruk. 3. Berkurangnya / habisnya minyak karena kebocoran. 4. Ketidakmampuan menahan stress (tekanan) gangguan. • Hal ini dapat terjadi karena desain yang buruk, atau 4 • Arus yang sangat besar berulang-ulang menyebabkan tekanan mekanis yang parah, mengakibatkan bungkusan (packing) dan wedges menjadi longgar dan akhirnya terguncang. 5. Gangguan pada tap-changer. 6. Gangguan pada sistem pendinginan. Gangguan Eksternal Trafo (External Faults) Beberapa kondisi eksternal yang bisa menyebabkan gangguan pada trafo antara lain : 1. Gangguan hubung singkat pada sistem. Arus sangat tinggi yang disebabkan oleh hubung singkat yang terjadi pada sistem mengakibatkan mechanical stress yang tinggi pada belitan trafo dan isolasi. 2. Overload Overload dapat mengakibatkan overheating dan juga menimbulkan mechanical stress dalam belitan trafo dan isolasi. 3. Gangguan Surja Hubung (Switching surges) Besarnya tegangan surja hubung bisa sampai dengan berkali-kali lipat dari tegangan nominal sistem. Hal ini mengakibatkan stress pada ujung akhir belitan. 4. Petir Gangguan ini hanya mungkin terjadi pada trafo yang tersembung pada saluran listrik overhead. Solusi untuk mengatasi gangguan petir adalah dengan menggunakan arrester ataupun spark gaps. 2.2 PROTEKSI SISTEM TENAGA LISTRIK 2.2.1 Pengertian Sistem Proteksi Proteksi merupakan suatu sistem kelistrikan yang memiliki fungsi sebagai pengisolasi, pemisah dan pemutus jika terdapat suatu gangguan dari suatu keadaan abnormal. Sistem proteksi juga biasa disebut sebagai sistem pengaman, pengaman dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu: 1. Pengaman Utama Merupakan pengaman yang sangat berperan penting dalam menjaga instrumen yang akan dilindungi, dan dia merupakan sistem proteksi utama, maka cara kerja sistem pengaman utama harus cepat sehingga apabila terjadi suatu gangguan dalam sistem, komponen yang mendapat gangguan cepat diputus dan tidak mengalami kerusakan secara luas. 2. Pengaman Cadangan Adalah pengaman yang di siapkan setelah pengaman utama, pengaman ini bekerja apabila terjadi kegagalan dalam sistem pengaman utama, pengaman cadangan juga dapat dibagi 5 menjadi 2 lagi yaitu: 1. Local back up (pengaman cadangan terletak di satu lokasi yang sama dengan pengaman utama). 2. Remote back up (pengaman cadangan terletak di tempat yang berbeda dari pengaman utama) Sistem Proteksi pada suatu jaringan kelistrikan sangat berperan penting, terkhusus ketika terjadinya keadaan abnormal yang mendadak pada sistem jaringan, gangguan pada jaringan sistem kelistrikan dapat terjadi di pembangkit, baik itu pada jaringan transmisi maupun jaringan distribusi. Saat gangguaan itu terjadi, maka peran sistem proteksi harus dapat mengidentifikasi gangguan tersebut dan menjadi pemutus bagian yang mendapat gangguan dengan secepat mungkin. Relay proteksi akan bekerja secara otomatis dengan memerintah atau memberikan sinyal kepada CB untuk memisahkan peralatan dari gangguan sebelum terjadi. 2.2.2 Fungsi dan Peranan Relay Proteksi Relay proteksi memiliki beberapa peranan penting diantaranya : 1. Memberikan sinyal alarm atau melepaskan pemutus tenaga (circuit breaker) dengan tujuan mengisolir gangguan atau kondisi tidak normal seperti adanya : beban lebih, tegangan lebih, kenaikan suhu, hubung singkat dan lain-lain. 2. Melepaskan atau mentripkan peraIatan yang tidak normal atau terganggu secara cepat dengan tujuan mengurangi kerusakan yang lebih berat. 3. Melokalisir kemungkinan dampak atau akibat gangguan dengan peralatan yang terganggu dapat menyebabkan gangguan pada peralatan lain yang berada pada sistem guna menjaga stabilitas sistem. 2.3 RELAY BUCHHOLZ 2.3.1 Pengertian Relay Buchoolz Relay Buchholz pertama kali diimplementasikan pada tahun 1921 oleh "Max Buchholz. Relai ini adalah perangkat keamanan yang digunakan di bidang seperti transmisi daya, serta distribusi. 6 Gambar 2.3 Relay Buchholz Ketika kegagalan terjadi di dalam peralatan tersebut, yaitu pada isolasi minyak, panas yang diproduksi oleh aliran listrik, sehingga membuatkualitas minyak menurun dan sebagai hasilnya muncul gelembung gas . Relay Buchholz adalahperangkat keamanan utama transformatorterletak dibagian atas antara main tank dan konservator, menggunakan alarm atau pemutus sirkuit dengan mendeteksi gas yang dihasilkan atau tekanan internal peledak. Relay ini bekerja pada gas dan minyak yang dioperasikan transformator ( rated> 500 kVA). Timbulnya gas dapat diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah: 1. Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam fasa 2. Hubung singkat antar fasa 3. Hubung singkat antar fasa ke tanah 4. Busur api listrik antar laminasi 5. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik Relay Buchholz akan mendeteksi : 1. Gas yang akan dihasilkan dalam transformator 2. Lonjakan surja minyak dari tangki ke konservator 3. Hilangnya minyak dari konservator (level minyak sangat rendah) 4. Gangguan yang terjadi pada trafo akan menghasilkan gas seperti karbon moniksida,hidrogen, dan berbagai macam gas hidrokarbon 5. Diantara tangki dan trafo dipasangkan relai buchholz yang akan meyerap gas produksi akibat kerusakan minyak. 2.3.2 Konstruksi Relay Bucholz Relay Buchholz terdiri dari dua elemen, yaitu elemen atas, dan elemen bawah. Di mana elemen atas termasuk jenis saklar merkuri terkait dengan pelampung. Demikian pula, elemen 7 yang lebih rendah terdiri dari saklar merkuri meningkat pada flap jenis berengsel yang terletak di garis lurus aliran minyak. Di sini, aliran minyak dari transformator ke konservator yang ada di dalam kontak dengan float lainnya. Gambar 2.4 Konstruksi Relay Buchholz Relay Buchholz akan mendeteksi : 1. Gas yang akan dihasilkan dalam transformator 2. Lonjakan surja minyak dari tangki ke konservator 3. Hilangnya minyak dari konservator (level minyak sangat rendah) 4. Gangguan yang terjadi pada trafo akan menghasilkan gas seperti karbon moniksida,hidrogen, dan berbagai macam gas hidrokarbon 5. Diantara tangki dan trafo dipasangkan relai buchholz yang akan meyerap gas produksi akibat kerusakan minyak. 2.3.3 Prinsip Kerja Relay Bucholz Gambar 2.5 Rangkaian Relay Buchholz 8 Relai bucholz dipasang pada pipa dari maintank ke konservator ataupun dari OLTC ke konservator tergantung design trafonya apakah dikedua pipa tersebut dipasang relai bucholz. Relai bucholz berfungsi untuk mendeteksi dan mengamankan gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Selama transformator beroperasi normal, relai akan terisi penuh dengan minyak. Pelampung akan berada pada posisi awal. Bila terjadi gangguan yang kecil didalam tangki transformator, misalnya hubung singkat dalam kumparan, maka akan menimbulkan gas. Setiap kali kesalahan kecil terjadi dalam perangkat listrik, panas dibuat oleh arus gangguan. Panas yang dihasilkan menyebabkan dekomposisi minyak perangkat listrik dan gelembung gas dibuat. Gelembung-gelembung gas ini bergerak ke arah atas dan dikumpulkan dalam relai Buchholz. Gas yang terbentuk akan berkumpul dalam relai pada saat perjalanan menuju tangki konservator, oleh karena itu pemindahan serupa dengan jumlah gas yang dikumpulkan. Dislokasi minyak akan menyebabkan level minyak dalam relai turun dan akan mengerjakan kontak alarm (kontak pelampung atas). Bila level minyak transformator turun secara perlahan-lahan akibat dari suatu kebocoran, maka pelampung atas akan memberikan sinyal alarm dan mengerjakan kontak alarm (kontak pelampung atas). Dan bila penurunan minyak tersebut terus berlanjut, maka pelampung bawah akan memberikan sinyal trip. Bila terjadi busur api yang besar, kerusakan minyak akan terjadi dengan cepat dan timbul surja tekanan pada minyak yang bergerak melalui pipa menuju ke relai Bucholz. 2.3.4 Keunggulan dan Kerugian Relay Buchholz Berikut ini adalah keunggulan dari Relay Buchholz : 1. Relay ini menentukan kesalahan antar belokan yang terjadi karena pemanasan inti dan membantu dalam pencegahan kesalahan yang ketat. 2. Lingkungan dan kerasnya patahan akan menentukan tanpa memisahkan terpisah dari transformator dengan memeriksa sampel udara. Berikut ini adalah kelemahan dari relay Buchholz : 1. Relay semacam ini berlaku untuk transformator yang diserap oli. 2. Relai ini hanya dapat dideteksi ketika level minyak di bawah. 3. Relai ini tidak menjaga kabel penghubung. Jadi keamanan terpisah diperlukan untuk kabel. 4. Relay ini memiliki waktu respon yang tinggi. 5. Waktu operasi paling sedikit dari relay Buchholz adalah 0,1 detik. 9 BAB III 3. PENUTUP 3.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil penulisan dapat disimpulkan bahwa penggunaan relai bucholz mempunyai peran yang sangat penting dalam memproteksi sistem tenaga listrik, terutama pada peralatan transformator. Yang mana kinerjanya akan ditandai dengan bunyi alarm terlebih dahulu dan kemudian jika masih berlanjut akan terjadi trip pada sistem tenaga listrik tersebut 3.2 Saran Bagi mahasiswa ataupun para peminat agar memahami dengan benar bagaimana sinyal yang diberikan oleh relai bucholz, sehingga tidak terjadi kesalahan dalam menindaklanjuti permasalahan di sistem tenaga listrik tersebu 10 DAFTAR PUSTAKA 1. Cahyani , Lisa Nur (2018) Simulasi Over Current Relay Menggunakan Karakteristik Standard Inverse Sebagai Proteksi Bay Transformator Pada Gardu Induk 150 Kv Dengan Konfigurasi Double Busbar Berbasis Arduino Mega 2560. Undergraduate Thesis, Universitas Diponegoro 2. Tobing, Parulian Lumban (2019) Studi Analisa Sistem Proteksi Trafo 150kv Daya 60 Mva Menggunakan Rele Diferensial Pada Gardu Induk Tebing Tinggi, Undergraduate Thesis, Universitas Hkbp Nommensen 3. https://www.electrical4u.com/what-is-transformer-definition-working-principle-oftransformer/ 4. https://theengineeringmindset.com/how-transformers-work/ 5. https://www.electrical4u.com/external-and-internal-faults-in-transformer/ 6. https://www.edukasikini.com/2018/10/relay-buchholz-di-transformers-prinsip.html 11
