SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI

SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI TRANSFORMATOR PADA
PT WIRE ROD MILL
M.Azamul Faiz Dinul Haq K1, Ir. Bambang Winardi2
1
Mahasiswa dan 2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Email : [email protected]@gmail.com
Abstrak
Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif
yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun
yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangantegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya
reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah
memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.
Untuk menyelesaikan studi aliran daya, metode yang sering digunakan adalah metode Gauss-Seidel dan
metode Newton Raphson. Metode Newton Raphson lebih cepat mencapai nilai konvergen sehingga proses iterasi
yang berlangsung lebih sedikit.
Pada Laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas tentang simulasi aliran daya pada PT Wire Rood
Mill dengan menggunaka software ETAP 7.0. Adapun metode aliran daya yang digunakan adalah metode newtonraphson.
Selain itu untuk menjaga kosistensi tenaga listrik yang merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini,
oleh karenanya tenaga listrik harus tersedia secara ekonomis dengan memperhatikan mutu baik tegangan maupun
frekwensi dan keandalan Untuk menjaga kelangsungan tenaga listrik diperlukan sistem proteksi yang sesuai dengan
kebutuhan, Fungsi proteksi adalah untuk melokalisir gangguan jadi hanya daerah yang terganggu saja yang
dibebaskan dari rangkaian tenaga listrik dan juga harus mempertimbangkan tingkat keamanan terhadap peralatan,
stabilitas tenaga listrik dan juga keamanan terhadap manusia.
Sistem pengamanan elektris atau rele adalah suatu susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang
direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau
tidak diinginkan.. Jika bahaya itu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau
perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari
sistem yang normal.
Transformator tenaga merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang wajib memiliki
sistem proteksi. Mengingat begitu pentingnya tugas dari peralatan itu sendiri juga karena trafo
merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang sangat mahal. Pada transformator tenaga
terdapat rele mekanik dan juga rele elektris sebagai pengamannya. Diharapkan dengan adanya sistem proteksi ini
gangguan yang terjadi disekitar transformator tenaga dapat diminimalisir.
Kata kunci:Aliran daya, newton-raphson, ETAP
Sistem Pengamanan Elektris, Transformator Tenaga, Rele
Elektris, Rele Mekanis
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Studi aliran daya merupakan penentuan
atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif
maupun daya reaktif yang terdapat pada
berbagai titik jaringan listrik pada keadaan
operasi normal, baik yang sedang berjalan
maupun yang diharapkan akan terjadi di masa
yang akan datang. Dengan studi aliran daya
dapat mengetahui tegangan-tegangan pada setiap
bus yang ada dalam sistem, baik magnitude
maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan
daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran
yang ada dalam system, kondisi dari semua
peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang
ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang
diinginkan.
1.2 Tujuan
Mengetahui dan bisa menjalankan
software
ETAP
Power
Station
untuk
menganalisa aliran daya.
Mengetahui losses, drop tegangan, dan total
demand daya serta sistem proteksi transformator
daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau
Stell TBK.
1.3 Pembatasan Masalah
Makalah ini membahas mengenai sitem
proteksi transformator yang digunakan pada PT
Wire Rood Mill dan analisis aliran daya pada PT
Wire Rood Miil dengan menggunakan ETAP
Power Station 7.0. Metode aliran daya yang
digunakan adalah Newton-Raphson.
e.
Untuk memperoleh kondisi awal untuk
studi-studi
selanjutnya
seperti
:
studi
hubung singkat, stabilitas, dan pembebanan
ekonomis.
Beberapa hal di atas inilah yang sangat
diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang
dari sistem guna perencanaan perluasan sistem
yang akan datang.
Persamaan umum untuk arus yang mengalir
II. DASAR TEORI
menuju suatu bus adalah (Pai,1979) :
2
I1 = Y11 V1 + Y12 V2 + Y13 V3 + … + Y1nVn
2.1
DASAR TEORI
Studi Aliran Daya listrik
Studi aliran daya merupakan penentuan atau
perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun
daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik
jaringan listrik pada keadaan operasi normal,
baik yang sedang berjalan maupun yang
diharapkan akan terjadi di masa yang akan
I2 = Y21 V1 + Y22 V2 + Y23 V3 + … + Y2n Vn
I3 = Y31 V1 + Y32 V2 + Y33 V3 + … + Y3n Vn
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
In = Yn1 V1 + Yn2 V2 + Yn3 V3 + … + Ynn Vn
(1)
datang (Stevenson,1996).
Adapun tujuan dari studi analisa aliran
daya antara lain (Sulasno,1993):
a.
Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada
setiap bus yang ada dalam sistem, baik
magnitude maupun sudut fasa tegangan.
b.
Untuk mengetahui daya aktif dan daya
reaktif yang mengalir dalam setiap saluran
atau dapat juga ditulis dengan persamaan
berikut :
∑
(2)
Daya kompleks pada bus p tersebut adalah :
Sp = Pp + jQp = Vp Ip*
dengan memasukkan Persamaan (2) ke
Persamaan (3) akan menghasilkan :
∑
yang ada dalam sistem.
c.
d.
(3)
(4)
Untuk mengetahui kondisi dari semua
Apabila bagian real dan imajiner dari
peralatan, apakah memenuhi batasbatas
Persamaan (4) dipisahkan maka akan diperoleh :
yang ditentukan untuk menyalurkan daya
[
listrik yang diinginkan.
[
Untuk memperoleh kondisi mula pada
perencanaan sistem yang baru.
∑
∑
]
]
(5)
(6)
apabila impedansi dinyatakan dalam bentuk
siku-siku maka :
Ypq = Gpq + jBpq
sehingga persamaan daya pada Persamaan
(5) dan (6) akan menjadi:
| |∑
| |[
(
)]
| |∑
ditetapkan (specified) dan calc adalah yang
(
)
dihitung (calculated).
Proses iterasi ini akan berlangsung sampai
(7)
| |[
(
dimana superskrip spec berarti yang
(
perubahan daya aktif (ΔPp) dan perubahan daya
)
)]
(8)
reaktif (ΔQp) tersebut telah mencapai nilai
konvergen (ε ) yang telah ditetapkan. Pada
umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai
Metode Newton Raphson
0,0001. (Sulasno,1993).
Pada metode Newton Raphson, slack bus
diabaikan
dari
perhitungan
iterasi
untuk
menentukan tegangan-tegangan, karena besar
dan sudut tegangan pada slack bus telah
ditentukan. Sedangkan pada generator bus , daya
aktif dan magnitude tegangan bernilai tetap,
sehingga hanya daya reaktif yang dihitung pada
setiap iterasinya. Dalam analisa aliran daya, ada
Matrik Jacobian terdiri dari turunan
parsial dari P dan Q terhadap masing-masing
variabel, besar dan sudut fasa tegangan, dalam
Persamaan (7) dan Persamaan (8). Besar dan
sudut fasa tegangan yang diasumsikan serta daya
aktif dan daya reaktif yang dihitung digunakan
untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian.
Setelah itu akan diperoleh harga dari perubahan
dua persamaan yang harus diselesaikan pada
| |
tiap-tiap bus. Kedua persamaan itu adalah
besar tegangan, | | , dan perubahan sudut fasa
seperti pada Persamaan (7) dan Persamaan (8).
tegangan, Δδ.
Secara umum persamaan tersebut dapat
Dalam penyelesaian iterasi pada metode
Newton Raphson, nilai dari daya aktif (Pp) dan
ditulis sebagai berikut (Pai,1979):
daya reaktif (Qp) yang telah dihitung harus
[
]
dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan,
dengan persamaan berikut (Pai,1979):
[
( )
]
( )
[
| |]
| | ( )
(11)
Submatrik H, N, J, L menunjukkan
turunan parsial dari Persamaan (7) dan (8)
| |∑
)
(
| |[
terhadap |V | dan δ, dimana matrik tersebut
(
)]
(9)
disebut matrik Jacobian. Nilai dari masingmasing
elemen
Jacobian
sebagai
(Pai,1979):
| |∑
)
(
| |[
)]
a.
(
Untuk p ≠ q
| || |[
(10)
(
)]
(
)
berikut
|
|
| || |[
(
(
(
(
)
)]
|
(
)
2.2.1
frekuensi
sistem
rendah,
Syarat Sistem Proteksi
Suatu proteksi sistem tenaga dipilih
a. Selektifitas (slektiity), hanya mendeteksi
dan
)]
mengisolasi
peralatan
yang
mengalami gangguan
(12)
b.
lebih,
berdasarkan syart-syrat berikut:
| || |[
(
beban
asinkron dan lain-lain.
)]
| || |[
|
)
b. Keandalan (reliability), sistem proteksi
Untuk p = q
yang handal didasarkan pada 2 hal yaitu:
| |
|
-
(dependability),
tidak boleh gagal bekerja
| |
|
Terpercaya
-
| |
Aman (security), tidak boleh
trip saat memang tidak terjadi
gangguan .
|
| |
|
c. Kecepatan (speed), beroperasi secepat
(13)
dengan :
| |∑
| |[
(
)]
| |∑
(
| |[
(
)
untuk
waktu
kegagalan
d. Kepekaan
(
mengurangi
dampak
produksi
dan
memastikan keaman para pekerja.
(sensitivity),
mendeteksi
gangguan sekecil apapun,baik arus atau
)
ketidaknormalan sistem dan beroperasi
)]
setelannya.
2.2.2
2.2
mugkin
Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Komponen Dasar Sistem Proteksi
Ada 5 komponen dasar dari sistem proteksi
sistem proteksi tenaga listrik adalah
tenaga listrik yaitu:
sistem proteksi yang dilakukan kepada
a. Relai berfungsi sebagai pengubah sinyal
peralatan-peralatan listrik yang terpasang
dari alat pemantau dan memberikan
pada suatu sistem tenaga misanya generator,
perintah untuk membuka rangkaian saat
transformator
terjadi gangguan.
jaringan,
dan
lain-lain,
terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu
b. Trafo arus dan trafo tegangan berfungsi
sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa
untuk memantau dan memberikan data
antara lain : hubung singkat, tegangan lebih,
yang akurat tentang kesehatan sistem.
c. Pengaman Lebur (fuse)
Fuse
dapat
menghancurkan
g. Transformator Tiga fasa
diri
Suatu transformator tenaga terdiri dari
(putus/melebur) untuk mengamankan
beberapa bagian.
perlengkapan yang terlindungi.
a. Bagian utama :
d. Pemutus tenaga (PMT)
Berfungsi
untuk
menyalurkan
1. Inti Besi
arus
2. Kumparan Transformator
dalam jumlah yang besar kedalam
3. Minyak transformator
rangkain dan memutus rangkaian ketika
4. Bushing
terdapat arus gangguan berdasarkan
5. Tangki konservator
perintah dari relai.
b. Peralatan Bantu :
e. Baterai DC
2.3
Baterai DC memberikan catu daya
1. Pendingin
kepada relai dan kontrol pemutus PMT.
2. Tap changer
3. Alat Pernapasan
Transformator Tenaga
Transformator tenaga merupakan suatu
4. Indikator-indikator
alat listrik yang berfungsi untuk menaikan
c. Peralatan Proteksi
atau menurunkan teganggan bolak-balik
1. Rele bucholtz
melalui suatu gandengan magnet dan
2. Rele sudden pressure
bedasarkan prinsip induksi elaktro magnet
3. Rele thermis
4. Rele differensial
5. Rele over current
6. Rele hubung tanah
d. Peralatan Tambahan
1. Pemadam kebakaran
Gamabar 1 Transformator
Ada beberapa jenis transformator tenaga
2.4
2. Arrester
Gangguan Pada Transformator tenaga
Gangguan pada tranformator tenaga
yaitu:
a. Transformator step-down
dikelompokan menjadi 2 (dua) bagian
b. Transformator step-up
yaitu :
c. Autotransformator
d. Autatransformator variabel
a. Gangguan Internal
Gangguan
internal
e. Transformator isolasi
adalah gangguan yang terjadi di
f.
dalam transformer tenaga itu
Transformator pulsa
sendiri. Gangguan internal dapat
III. SIMULASI ALIRAN DAYA DENGAN
berupa :
MENGGUNAKAN ETAP DAN SISTEM

Incipient fault

Gangguan
PROTEKSI TRAFO ABB 30 W
hubung
3.1 Single Line Diagram PTKS-WRM
singkat
b. Gangguan eksternal
Gangguan yang tejadi di luar
transformator
sistem tenaga
tenaga
(pada
listrik)
tetapi
dapat menimbulkan gangguan
pada
transformator
yang
bersangkutan. Gangguan yang
dapat
di
golongkan
dalam
gangguan eksternal ini adalah
sebagai berikut:
-
Gangguan
singkat
hubung
di
luar
transformator.
-
Beban lebih (over load)
-
Gelombang surja
Gambar 2 Single line diagram pabrik Wire Rod M
3.2 Hasil Simulasi dengan Menggunaka
ETAP
Tabel 1Daya yang mengalir pada bus
Bus
ID
Load
Generation
Load Flow
Bus14
kV
30,000
MW
19,883
Mvar
3,360
MW
0
Mvar
0
ID
HV Distribution
MW
19,883
Mvar
3,360
Amp
388,1
%PF
98,6
Bus15
Bus22
Bus23
Bus24
Bus41
Bus43
Bus50
Bus58
30,000
0,500
0,500
0,500
0,500
0,380
0,380
0,380
19,883
0
0
0
0
0
0
0
3,360
0
0
0
0
0
0
0
0
1,650
1,650
1,444
1,363
0,676
0,690
0
0
0,799
0,799
0,700
0,578
0,334
0,289
0
HV Distribution
HV Distribution
HV Distribution
HV Distribution
HV Distribution
HV Distribution
HOV 22
HOV 21
LV distrib. rough
&inter
LV Distribution
CO2-C22
LV Distribution
DO2-D22
LV Distribution
Oil
LV Distrib.Furn&
Wtr Pl 2
Water Suplai
Water Suplai
Bus110
19,883
-1,650
-1,650
-1,444
-1,363
-0,676
-0,690
-1,774
3,360
-0,799
-0,799
-0,700
-0,578
-0,334
-0,289
-0,791
388,1
2104,8
2104,8
1884,9
1720,2
1149,3
1164,9
3104,5
98,6
90,0
90,0
90,0
92,1
89,7
92,2
91,3
0,602
0,266
1052,1
91,5
0,768
0,339
1341,6
91,5
0,119
0,053
208,4
91,3
0,285
0,133
502,5
90,6
-0,487
-0,216
852,1
91,4
-1,442
-2,136
3,321
-0,588
-0,931
1,234
2457,3
3677,1
337,1
92,6
91,7
93,7
Bus110
HV Distribution
Bus106
Bus106
3,321
-6,642
-3,304
-3,304
1,234
-2,467
-1,032
-1,032
337,1
674,2
1375,9
1375,9
93,7
93,7
95,5
95,5
Bus125
3,321
1,234
337,1
93,7
Bus125
HV Distribution
Bus124
Bus124
HV Distribution
HV Distribution
3,321
-6,642
-3,304
-3,304
-1,889
-3,119
1,234
-2,467
-1,032
-1,032
-1,171
-1,379
337,1
674,2
1375,9
1375,9
1879,2
5451,4
93,7
93,7
95,5
95,5
85,0
91,5
Bus58
LV Distrib.Furn&
Wtr Pl 2
HV Distribution
Bus50
HV Distribution
1,774
0,791
3104,5
91,3
1,345
0,588
2347,0
91,6
-1,795
0,690
-1,148
-0,776
0,289
-0,471
3045,4
1164,9
1900,4
91,8
92,2
92,5
Bus14
-19,799
-1,816
1891,8
99,6
Bus15
-19,799
-1,816
1891,8
99,6
Bus71
0,380
0
0
0,487
0,216
Bus91
Bus92
Bus106
0,380
0,380
6,000
0
0
0
0
0
0
1,442
2,136
0
0,588
0,931
0
Bus110
1,470
0
0
6,609
2,065
Bus124
6,000
0
0
0
0
Bus125
1,470
0
0
6,609
2,065
D0 E11-14
HOV 21
0,700
0,380
0
0
0
0
1,889
0
1,171
0
HOV 22
0,380
0
0
1,105
0,487
HOV 23
0,380
0
0
1,148
HV Distribution
6,000
0
0
0,000
0,471
15,906
Water Suplai
HOV 22
HOV 21
HOV 23
Bus43
Bus41
intermediatemill
14-17L1
intermediatemill
14-17L2
stelmor blower
D0 E11-14
prefinishl1
prefinishl2
Bus23
Bus22
Bus24
Bus106
Bus124
intermediatemill
14-17L1
intermediatemill
14-17L2
LV
Distrib.Furn&
Wtr Pl 2
LV distrib.
rough &inter
LV Distribution
CO2-C22
LV Distribution
DO2-D22
LV Distribution
Oil
0,700
0
0
1,778
0,861
HV Distribution
0,700
0
0
1,778
1,102
HV Distribution
0,380
0
0
0,858
0,372
HOV 21
0,380
0
0
0,602
0,266
0,380
0
0
0,768
0,339
0,380
0
0
0,119
0,053
0,380
0
0
0,285
0,133
prefinishl1
0,840
0
0
1,111
0,689
prefinishl2
0,840
0
0
1,111
0,689
stelmor blower
0,840
0
0
1,668
0,579
Water Suplai
0,380
0
0
0,345
0,150
Bus71
Bus58
1,808
3,172
1,154
0,677
1,368
3,978
2,057
0,916
1,761
0,518
0,357
0,631
426,1
192,9
345,3
120,4
72,8
143,3
88,8
89,2
87,4
91,2
88,5
90,8
1,785
0,991
194,3
87,4
1,785
1,242
206,9
82,1
1,678
1,896
1,115
1,116
1,664
1,664
1,456
6,642
6,642
0,758
1,309
0,752
0,736
0,898
0,898
0,779
2,467
2,467
175,2
219,2
127,9
127,1
179,9
179,9
157,1
674,2
674,2
91,1
82,3
82,9
83,5
88,0
88,0
88,2
93,7
93,7
-0,861
1665,0
-1,778
-1,102
1729,5
-1,345
-0,588
2347,0
0,216
852,1
91,4
-0,602
-0,266
1052,1
-0,768
-0,339
1341,6
-1,778
-1,778
-1,345
Bus58
Bus58
0,487
-0,119
-0,053
208,4
Bus58
-0,602
-0,285
-0,133
502,5
-1,111
-0,689
868,2
-1,111
-0,689
862,8
-1,668
-0,579
1251,5
-0,119
-3,923
-1,668
6727,3
-0,285
0,588
0,931
2457,3
3677,1
92,6
91,7
HV Distribution
HV Distribution
-0,768
HV Distribution
HV Distribution
Bus91
Bus92
Dari tabel di atas dapat dilihat daya yang
mengalir pada tiap bus. Besarnya daya yang
mengalir tergantung pada beban yang terpasang
pada bus tersebut. Pada beberapa bus besarnya
nilai beban sebesar 0 (nol), hal ini disebabkan
karena daya yang masuk pada bus tersebut sama
dengan daya yang keluar dari bus tersebut.
Tabel 5.5 Hasil simulasi tegangan dan
beban pada tiap bus
Bus
ID
Bus14
Bus15
Bus22
Bus23
Bus24
Bus41
Bus43
Bus50
Bus58
Bus71
Bus91
Bus92
Bus106
Bus110
Bus124
Bus125
D0 E11-14
HOV 21
HOV 22
HOV 23
HV
Distribution
intermediatemi
ll 14-17L1
intermediatemi
ll 14-17L2
LV
Distrib.Furn&
kV
30
30
0,5
0,5
0,5
0,5
0,38
0,38
0,38
0,38
0,38
0,38
6
1,47
6
1,47
0,7
0,38
0,38
0,38
Voltage
%Mag
Ang.
100
0,0
100
0,0
100,58
-6,9
100,58
-6,9
98,32
-6,7
99,38
-6,1
99,61
-5,9
97,57
-7,8
95,03
-9,5
95,03
-9,5
96,28
-11,0
96,28
-11,0
101,13
-4,4
98,82
-7,4
101,13
-4,4
98,82
-7,4
97,53
-7,2
95,03
-9,5
97,57
-7,8
99,18
-6,2
6
101,13
-4,4
0,7
97,85
-7,6
0,7
99,74
-7,4
0,38
95,03
-9,5
Wtr Pl 2
LV distrib.
rough &inter
LV
Distribution
CO2-C22
LV
Distribution
DO2-D22
LV
Distribution
Oil
prefinishl1
prefinishl2
stelmor blower
Water Suplai
0,38
95,03
-9,5
0,38
95,03
-9,5
0,38
95,03
-9,5
0,38
95,03
-9,5
0,84
0,84
0,84
0,38
103,48
104,14
97
96,28
-6,6
-6,0
-9,5
-11,0
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa,
terdapat beberapa bus yang yang masuk
dalam
kondisi
over
voltagedan
under
voltage. Seperti pada bus prefinishl1 dan
prefinishl2 dimana rating/limitpada bus
tersebut sebesar 0,84 kV namun pada bus
tersebut
beroprasi
masing-masing
yaitu
0,869 kV dan 0,875 kV sehingga bus
tersebut termasuk dalam kondisi Over
voltage. Akan tetapi profil tegangan masih
dalam batas toleransi ± 5%.
Tabel 5.6Losses dan drop voltage
Losses
kW
kVar
Trafo
Trafo
16,594
16,594
201,4
201,4
Vd %
drop
in
Vmag
2,31
2,31
Trafo
16,594
201,4
2,31
Trafo
16,594
201,4
2,31
ID
Type
finishing L1
finishingL1
Finishing
L2
finishing L2
H1- T11
H2-T11
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T 10
T 11
T 12
T 13
T 14
T 15
T 17
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Trafo
Total
83,004
83,004
54,701
13,121
53,88
6,548
1,229
4,97
7,001
7,554
9,621
7,432
3,426
4,411
13,906
13,906
11,152
45,24
1543,9
1543,9
388,3
140
382,4
46,5
22,9
53,0
130,2
140,5
178,9
138,2
63,7
47,1
98,7
98,7
79,2
5.901,7
0
1,13
1,13
4,85
3,56
6,1
1,95
1,52
1,75
3,28
1,39
4,13
3,6
2,35
3,01
0,55
0,55
2,81
Dari tabel di atas dapat mengetahui
bahwa semakin besar beban maka lossesnya
akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan
pada saat beban bertambah maka arus akan
bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran (I2R)
akan semakin besar pula.
Tabel 5.7 Total Beban dan losses
Source
Demand
Load
Losses
MW
19,883
19,883
39,765
0,445
Total demand
Mill
MVar
3,360
3,360
6,72
5,902
MVA
20,164
20,164
46,782
Seperti halnya perlatan listrik yang lain
pada transformator diperlukan peralatan
pengaman yang dapat membebaskan
tegangan pada trafo dari gangguan internal
maupun ekstrenal.
Tujuan pengamanan trafo adalah :
1. Menghindari kerusakan pada trafo
bila terjadi kegagalan alat
pengaman jaringan beban trafo
saat terjadi gangguan hubung
singkat.
2. Menghindari atau menekan
sekecil mungkin kerusakan trafo
akibat gangguan.
3. Menjaga stabilitas atau
kontinuitas penyaluran tenaga
listrik.
Pada transformator sendiri terdapat 2
jenis rele, yakni rele mekanik dan juga
rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki
fungsinya masing-masing.
3.3.1 Rele Mekanik
1. Rele Bucholz
Relai bucholz merupakan sistem
proteksi yang khas untuk transformator,
khususnya transformator minyak. Relai
bucholtz adalah alat untuk mendeteksi dan
mengamankan terhadap gangguan di dalam
transformator 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
pada Pabrik Wire Rod
sebesar 19,883 MW dan 3,360MVar,
Sedangkan lossesnya sebesar 0,445 MW dan
5,902 MVar.
3.3 Sistem Proteksi Transformator
Transformator tenaga adalah alat
untuk mengkonversi nilai tegangan dan
arus listrik ke nilai tegangan dan arus
listik yang berbeda secara magnetik.
Gambar 3 rele bucholz
Reli bucholz akan bekerja ketika :
-
Terjadi
akumulasi
gas
pada
transformator akibat low-energey partial
discarge , arus bocor, pemanasan lokal
atau akibat kemasukan udara.
- Terjadi kebocoran oli transformator
sehingga cairan isolasi transformator
berkurang/habis
- Timbulnya gas dalam jumlah yang besar
akibat dekomposisi minyak secara cepat
karena terjadinya high –energy arc
discharge.
2. Relai junsen
Relai ini memiliki konstruksi dan
pada tangki transformer. Hal ini disebabkan
prinsip kerja yang sama dengan Relai
penulis dilengkapi oleh Relai Tekanan
Bucholz, tapi relai ini digunakan untuk
Lebihyang
mengamankan ruang On Load Tap Changer
besar kenaikan tekanan saat terjadinya
(OLTC) pada transformer. Sedikit berbeda
gangguan.
oleh
dekomposisi
dan
evaporasi
minyak.Apabila tekanan lebih ini tidak bisa
dieliminasi dalam waktu beberapa milidetik,
akan terjadi panas berlebih pada minyak
transformer atau lebih parah lagi akan
menyebabkan tangki transformer meledak.
Oleh karena itu, Transformer Tenaga ABB
30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus
dengan relai Bucholz, relai Jansen pada
berfungsi
untuk
membatasi
Relai ini bekerja oleh kenaikan tekanan
gas
kV yang menjadi fokus penulis hanya
mentripkan pemutus tenaga (PMT) jika
memiliki 1 buah kontak. Relai Jansen ini
tekanan
tidak memiliki kontak untuk alarm, tapi
mencapai 2,2 bar. Alat pengaman tekanan
hanya memiliki kontak untuk tripping coil
lebih ini berupa membran yang terbuat dari
yang
circuit
kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas,
breaker / pemutus tenaga. Berikut ini adalah
sebagai pengaman tangki transformator
gambar dari relai Jansen.
terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di
akan
langsung
memutus
yang
di
tiba
–
Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20
dalam
tiba
dan
tangki
langsung
transformer
dalam tangki yang akan pecah pada tekanan
tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari
kekuatan tangki transformator. Berikut ini
adalah gambar dari Relai Tekanan Lebih.
Gambar 4 Relai Junsen
3. Relai Tekanan Lebih
Gangguan – gangguan berupa flashover dan
hubung singkat internal (antar phasa atau
antara phasa dan ground) biasanya diikuti
dengan kenaikan tekanan yang signifikan
Gambar 5. Relai Tekanan Lebih
4. Relai Temperatur Belitan (Winding
Temperature
Relay)
dan
Relai
temperatur
belitan,
ditambah
data
pengukuran arus dari CT yang akan
Temperature Minyak
mengoreksi nilai temperatur belitan. Berikut
Untuk proteksi pembebanan berlebih,
ini
adalah
skema
dan
gambar
relai
biasanya transformer dilengkapi dengan
temperatur belitan dimana sensor suhunya
beberapa sensor suhu / thermometer yang
ditempatkan di dalam tangki tansformer
dipasang pada bagian atas transformer.
bagian atas.
Sensor – sensor suhu ini terhubung dengan
relai temperatur minyak dan relai temperatur
belitan yang memiliki kontak – kontak kipas
angin (fan), alarm, dan tripping coil yang
akan bekerja jika tercapai temperature
abnormal atau temperature yang berbahaya.
Berikut ini adalah skema dan gambar relai
Gambar 8. Skema Relai Temperatur Belitan
temperatur minyak dimana sensor suhunya
ditempatkan di dalam tangki tansformer
bagian atas.
Gambar 9. Gambar Relai Temperatur Belitan
Gambar 6. Sekema Relai Temapetaur
Minyak
Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 /
20 kVyang menjadi fokus penulis memiliki
satu buah relai temperatur minyak dan 2
buah temperatur belitan, satu buah untuk sisi
High Voltage (HV) dan satu buah untuk sisi
Low Voltage (LV). Tabel berikut ini
menampilkan kontak – kontak relai yang
Gambar 7. Relai Temperatur Minyak
Temperatur belitan diukur dengan cara
tidak
langsung
(indirect).
Temperatur
minyak diambil sebagai representasi dari
akan bekerja pada temperatur – temperatur
tertentu.
Temperatur (derajat
Celcius)
90
105
3.3.2 Relai Elektrik
Kontak yang Bekerja
Alarm step 1
Alarm step 2 (trip CB)
skema pemasangan relai diferensial pada
sebuah transformer tiga phasa.
1. Relai Difrensial
Relai diferensial sebuah transformer
membandingkan arus input yang masuk ke
transformer dan arus output yang keluar dari
transformer. Relai akan bekerja (memutus
circuit breaker / pemutus tenaga) jika arus
Gambar 11. Skema Pemasangan Relai
differensial yang melewati relay lebih besar
Gangguan ke Tanah Terbatas
dari nilai tertentu, tergantung pada setting
dari
relai.Relai
ini
akan
3. Relai Arus Lebih (Over Current
melindungi
Relay) dan Relai Gangguan ke
transformer dari gangguan internal dan
Tanah (Earth Fault Relay)
gangguan hubung singkat (antar phasa atau
Relai
phasa ke tanah) pada transformer. Berikut
arus
lebih
/overcurrent
relai
relay(OCR) dan relai gangguan ke tanah
diferensial pada sebuah transformer tiga
/earth fault relay(GFR) adalah relai yang
phasa.
berfungsi sebagai proteksi back upterhadap
ini
adalah
skema
pemasangan
relai diferensial dan relai relai gangguan ke
tanah terbatas (restricted earth fault). Kedua
relai
ini
transformer
berfungsi
untuk
melindungi
dari
gangguan
internal,
gangguan hubung singkat eksternal, dan
pembebanan berlebih yang terlalu tinggi.
Gambar 10. Skema Pemasangan Relai
Kedua relai ini tidak bisa membedakan
Diferensial
antara gangguan – gangguan di atas, namun
2. Relai Gangguan ke Tanah Terbatas
(Restricted Earth Fault Relay)
jika salah satu gangguan terjadi, relai – relai
ini akan bekerja.
Berikut
ini
adalah
dua
skema
Relai gangguan ke tanah terbatas berfungsi
pemasangan relai arus lebih (OCR) dan relai
untuk mendeteksi gangguan internal dari
gangguan ke tanah (GFR) pada sebuah
sebuah transformer. Berikut ini adalah
transformer tiga phasa dengan konfigurasi
Y.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Kerja Praktek merupakan kegiatan yang bagus,
karena para mahasiswa bisa terjun langsung ke
lapangan
dan
melihat
permasalahan-
permaslahan yang ada. Permasalahan tersebut
nantinya juga akan dirasakan para mahasiswa
selepas kuliah nanti. Dan dari pelaksanaan Kerja
Praktek yang telah kami lewati di PT Krakatau
Gambar 12. Skema Pemasangan Relai
Gangguan ke Tanah dan Relai Arus
Lebih
Steel Divisi WRM, dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut ini :
1. Supply listrik untuk keperluan pabrik ini
diambil dari PT Krakatau Daya Listrik
dan dibantu juga oleh Perusahaan Listrik
Negara (PLN).
2. Supply tegangan dari gardu induk
diturunkan secara bertahap mulai dari 30
kV sampai 380 V, 500 V, 700 V, 840 V,
1470 V menuju
ke beban melalui
transformator stepdown.
Gambar 13. Gam3bar Panel Relai Gangguan ke
Tanah dan Relai Arus Lebih
3. ETAP (Electric Transient and Analysis
Program) merupakan suatu perangkat
lunak yang mendukung sistem tenaga
CT – CT yang terlihat pada gambar di
atas akan membaca arus yang mengalir pada
belitan ketiga phasa dan netral transformer. Bila
arus yang mengalir melewati nilai tertentu
selama kurun waktu tertentu, relai akan bekerja
dan memutus circuit breaker / pemutus tenaga.
Relai – relai ini tidak boleh bekerja (mentripkan
PMT) pada kondisi operasi normal dari
transformer.
listrik.Tujuan dari
studi aliran daya
penentuan atau perhitungan tegangan,
arus, daya aktif maupun daya reaktif
yang
terdapat
pada
berbagai
titik
jaringan listrik pada keadaan operasi
normal, baik yang sedang berjalan
maupun yang diharapkan akan terjadi di
masa yang akan datang.
4. Semakin besar beban maka lossesnya
akan semakin besar pula, hal itu
dikarenakan pada saat beban bertambah
maka
arus
akan
bertambah
sehingga rugi-rugi saluran (
pula
BIODATA PENULIS
) akan
M.Azamul Faiz Dinul Haq,
semakin besar pula.
lahir di Brebes 26 Maret
5. Terdapat 2 kondisi peringatan load flow
pada software ETAP ini, yaitu critical
1992. Menempuh
dan marginal, yang jika terlampaui
pendidikan di SD Negeri
maka dapat menyebabkan kerusakan
Mendala I , SMP
Muhammadiyah Sirampog , SMA
atau kegagalan operasi.
6. Total beban yang diterima gardu induk
Muhammadiyah Bumiayu dan sekarang sebagai
PT. Krakatau Daya Listrik sebesar
mahasiswa Teknik Elektro Universitas
19,883 MW dan 3,360 Mvar.
Diponegoro
DAFTAR PUSTAKA
[1] John J. Grainger, William D. Stevenson, Jr.,
“Power System Analysis”, McGraw-Hill
Semarang, 18 Desember 2013
Mengetahui,
Inc, 1994
[2] Hadi Saadat, “Power System Analysis”,
Dosen Pembimbing
McGraw-Hill Inc, 1999
[3] Turan Gonen, “Modern Power System
Analysis”, John Wiley & Sons, 1988
[4] Sulasno,
Ir.
tenaga”,Semarang:
“Analisis
Badan
Sistem
Ir. Bambang Winardi
Penerbit
19610616 199303 1 002
Universitas Diponegoro, 1993
[5] Sulasno, Ir. “Sistem Distribusi Tenaga
Listrik”,Semarang: Satya Wacana, 1993