MAKALAH PROTEKSI TEGANGAN TINGGI (PROTEKSI TRANSFORMATOR DAN BUSBAR)
Disusun oleh: KE 3C Kurnia Alifiana
3.22.12.2.12
PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari rangkaian peralatan yang sangat memungkinkan untuk mengalami gangguan, baik sebagai akibat dari faktor luar maupun dari kerusakan peralatan itu sendiri. Untuk itulah diperlukan sistem proteksi yang pada prinsipnya bertugas sebagai berikut : 1. Mendeteksi gangguan yang terjadi dengan cara mengenali gejala gangguan yang dapat berupa perubahan besaran tegangan, arus, sudut fasa maupun frekuensi. 2. Membebaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu dari sistem yang tidak terganggu. Sistem proteksi tidak bisa menghilangkan datangnya gangguan, namun dengan adanya sistem proteksi yang bekerja dengan baik maka beberapa kerugian dan kemungkinan timbulnya bahaya atau kerusakan dapat dihindarkan. Berikut ini adalah beberapa manfaat dari adanya sistem proteksi : 1. Mencegah kerusakan lebih jauh dari peralatan yang terganggu. Peralatan yang terganggu tentu telah mengalami kelainan atau kerusakan awal. Apabila peralatan tersebut tidak dibebaskan dari tegangan tentu kerusakan akan menjadi semakin besar. 2. Mencegah bahaya terhadap manusia dan properti. Gangguan hubung singkat yang melalui peralatan atau properti (misal rumah, pohon) tentu akan membahayakan kalau tidak segera dibebaskan dari tegangan, karena semua benda yang bersentuhan dengan sistem akan mempunyai tegangan sentuh yang membahayakan bagi manusia. 3. Mencegah meluasnya pemadaman atau gangguan. Bila gangguan yang terjadi pada suatu tempat tidak segera dipisahkan, maka gejala gangguan akan dirasakan oleh seluruh atau sebagian besar sistem sehingga bisa menimbulkan gangguan yang meluas atau bahkan bisa mengakibatkan pemadaman total (black out).
4. Mengurangi stress pada peralatan yang tidak terganggu. Gejala gangguan yang terjadi pada suatu tempat akan dirasakan oleh peralatan yang tidak terganggua disekelilingnya. Misalnya gangguan hubung singkat maka akan mengalirkan arus yang sangat besar yang melewati komponen sistem (peralatan) disekitarnya dan ini menimbulkan stress pada peralatan tersebut yang pada akhirnya bisa mengurangi umur (life time) peralatan. Pemilik sistem tenaga listrik tentu berharap setiap saat proteksi yang terpasang bisa bekerja normal sesuai yang diharapkan. Namun demikian perlu dimaklumi bahwa proteksi itu sendiri merupakan rangkaian dari beberapa peralatan yang masing-masing mempunyai kemungkinan rusak atau gagal beroperasi. Semakin besar harapan yang diminta akan semakin besar pula sumber daya yang harus diberikan pada sistem proteksi. Untuk itu diperlukan keputusan yang logis, yang mempertimbangkan keseimbangan antara tingkat keperluan dan biaya yang harus dikeluarkan. Sebagai contoh kompleksitas proteksi pada sistem tegangan menengah tentu tidak perlu sama dengan proteksi pada sistem tegangan tinggi.
1.2 RUMUSAN MASALAH a. Apa yang diketahui tentang transformator dan busbar? b. Bagaimana sistem proteksi pada transformator dan busbar? 1.3 TUJUAN a. Mengetahui tentang transformator dan busbar. b. Mengetahui sistem proteksi pada transformator dan busbar.
BAB II PEMBAHASAN 2.1 TRANSFORMATOR Transformator atau trafo adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan energi listrik atau memindahkan dan mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level ke level tegangan yang lain melalui kinerja satu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis, dan dua buah kumparan yaitu kumparan perimer dan kumparan sekunder. Kedua kumparan ini tidak terhubung secara langsung. Satu-satunya hubungan antara kedua kumparan adalah fluks magnetik bersama yang terdapat dalam inti. Salah satu dari kedua kumparan transformator tadi dihubungkan ke sumber daya listrik bolak-balik dan kumparan kedua (serta ketiga jika ada) akan mensuplai daya ke beban. Kumparan transformator yang terhubung kesumber daya dinamakan kumparan primer sedangkan yang terhubung ke beban dinamakan kumparan sekunder, jika terdapat kumparan ketiga dianamakan kumparan tersier. 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 misalnya, kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya jarak jauh. Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya dalam penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak–balik sangat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik terjadi kerugian sebesar I2R watt, kerugian ini akan banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan. Dengan demikian saluran-saluran tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang tinggi. Tegangan yang paling tinggi di Indonesia pada saat ini adalah 500 kV. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi. Dan menaikkan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang biasanya berkisar antara 6-20 kv pada awal saluran transmisi, dan menurukannya pada ujung saluran itu ketegangan yang lebih rendah, dilakukan
dengan transformator. Transformator yang dipakai pada jaringan tenaga listrik merupakan transformator tenaga. Disamping itu, ada jenis – jenis transformator lain yang banyak dipergunakan, dan yang pada umumnya merupakan transformator yang jauh lebih kecil.Misalnya transformator yang dipakai dirumah tangga, yang dipakai pada lampu TL, pesawat radio, televisi dan berbagai alat elektronika lainnya.
2.1.1 PROTEKSI TRANSFORMATOR Transformator (trafo) merupakan peralatan utama gardu induk. Komponen trafo terdiri atas kumparan, inti besi dan minyak isolasi, oleh karena itu maka pada trafo terdapat parameter elektrik maupun non elektrik khususnya temperatur dan hal ini yang membuat proteksi trafo terdiri atas proteksi elektrik maupun non elektrik. Dibawah ini tabel proteksi trafo sesuai dengan SPLN 52-1. Tabel 1. Jenis Proteksi Trafo No
Jenis Proteksi
Kapasitas (MVA) ≤ 10
10<÷<30
≥ 30
1
Rele Suhu
+
+
+
2
Rele Bucholz
+
+
+
3
Rele Jansen
+
+
+
4
Rele Tekanan Lebih
+
+
+
5
Rele Differensial
-
-
+
6
Rele Tangki Tanah
-
+
-
7
Rele Hubung Tanah Terbatas (REF)
-
-
+
8
Rele Beban Lebih ( OLR )
-
+
+
9
Rele Arus Lebih ( OCR )
+
+
+
10
Rele Hubung Tanah ( GFR )
+
+
+
11
Pelebur ( Fuse )
+
-
-
2.1.1.1 PROTEKSI ELEKTRIK
Trafo mempunyai proteksi elektrik utama (main) maupun cadangan (back-up). Dibawah ini digambarkan proteksi elektrik terpasang pada trafo daya ukuran 30 MVA atau lebih.
Gambar 1. Proteksi elektrik trafo Pengaman utama trafo pada prinsispnya adalah relai diferential yang bekerja bila terjadi gangguan fasa-fasa maupun fasa-tanah. Diferential yang terpasang pada trafo terdiri dari dua macam : 1. Terpasang antara sisi primer dan sekunder [3] 2. Terpasang antara netral dengan fasa, baik sisi primer [4] maupun sisi sekunder [2], disebut restricted earth fault / REF. Dalam hal terjadi gangguan pada kawasan pengamanannya (antara dua CT), maka pengaman utama mentripkan PMT trafo disisi primer maupun sekunder. Pengaman cadangan trafo adalah OCR untuk gangguan fasa-fasa dan GFR untuk gangguan fasa-tanah disisi primer [5] yang mentripkan PMT sisi primer saja. Adapun OCR/GFR sisi sekunder [1] merupakan pengaman cadangan jauh (remote back-up) bagi penyulang keluar. Proteksi no [6] adalah stand by earth fault, bekerja bila terjadi gangguan hubung singkat diluar trafo khususnya untuk mengamankan peralatan pentanahan (NGR).
Selanjutnya dalam tabel 2 disampaikan beberapa kemungkinan gangguan yang bisa terjadi pada trafo beserta pengaman apa yang bekerja dan bagaimana akibatnya bila gangguan tidak segera diisolasi. Tabel 2. Gangguan dan proteksi trafo. No
1
Jenis Gangguan
Hubung singkat di dalam daerah pengamanan trafo
Proteksi
Akibat
Utama
Back
Diffrensial
up OCR
REF
GFR
Kerusakan pada isolasi, kumparan atau inti Tangki menggembung
Bucholz Tangki Tanah
2
Hubung singkat diluar daerah pengamanan trafo
Tek. lebih OCR
OCR
GFR
GFR
Kerusakan pada isolasi atau kumparan atau NGR
SBEF 4
Gangguan sistem pen-
Rele suhu
-
Kerusakan isolasi
Gangguan pada
Jansen
-
Kerusakan OLTC
OLTC
Tek lebih
Tegangan lebih
OVR
-
Kerusakan isolasi
dingin 5
6
2.1.1.2 RELAI DIFFERENSIAL
Relai diferensial bekerja berdasarkan hukum Kirchoff yaitu jumlah arus yang melalui satu titik sama dengan nol. Pada relai diferensial yang dimaksud suatu titik adalah daerah yang diamankan (protected zones) yang dibatasi trafo arus yang tersambung ke relai diferensial. Pada keadaan tanpa gangguan atau gangguan di luar daerah yang diamankan, jumlah arus yang melalui daerah yang diamankan sama dengan nol. Pada keadaan gangguan di dalam daerah yang diamankan, jumlah arus yang melalui daerah yang diamankan tidak sama dengan nol. Gambar 2 menunjukkan kondisi normal (tidak ada gangguan) atau ada gangguan diluar kawasan pengamanannya. Dalam hal ini i1 = i2 dan berlawanan arah, sehingga arus yang masuk relai nol, relai tidak bekerja. Apabila terjadi gangguan dalam kawasan pengamanannya maka i2 berubah arah sehingga arus yang masuk ke relai = i1+i2, tidak sama dengan nol sehingga relai bekerja.
KAWASAN PENGAMANAN
CT1
CT2
I1
I2
i2
i1
R
Gambar 2. Prinsip pengaman diferensial
Dalam praktek, relai diferensial tersebut mengalami beberapa permasalahan sebagai berikut : 1. Adanya perbedaan karakteristik CT sisi primer dengan sekunder. Hal ini mengakibatkan output CT tidak selalu sama.
2. Adanya perubahan ratio trafo dikarenakan perubahan posisi on load tap changer (OLTC) 3. Adanya magnetizing inrush current, yaitu arus yang mengalir pada sisi primer saja yang terjadi pada saat trafo diberi tegangan. Permasalahan no.1 dan no.2 diatasi dengan penggunaan relai diferensial bias, yaitu relai dengan kumparan penahan (restrain) sehingga tidak selalu bekerja meskipun ada perbedaan antara i1 dan i2. Karakteristik relai diferensial bias disampaikan pada gambar 3. Karakteristik tersebut menjelaskan hubungan antara arus penahan (restrain) dengan arus operasi. Relai akan bekerja apabila terletak pada daerah TRIP, sedangkan apabila pada posisi BLOK maka relai tidak bekerja. Arus operasi IO = i1-i2 sedangkan arus restrain IR = (i1+i2)/2. Relai disetting dengan Iomin yaitu arus minimum relai kerja dan slope V%. Padaumumnya IO min diset 0,3 arus nominal relai sedangkan V% di set 30 %.
I0 SLOPE V%
I02 I 01
∆I 0
TRIP
∆I R
V%=
∆I 0 ∆I R
BLOK
I0 min IR
Gambar 3. Karakteristik diferensial bias.
g%
2.1.1.3 WIRING DIFERENSIAL. Pada diferensial trafo daya ada dua variabel yang dibandingkan antara primer dan sekunder yaitu besar arus dan arah atau sudut fasenya. Dalam keadaan normal atau keadaan gangguan luar maka variabel sisi primer harus sama dengan sisi sekunder. Untuk merealisasikan hal ini maka diperlukan penyesuaian sudut fase denganwiring dan penyesuaian besarnya arus dengan ACT. Syarat wiring dapat dilihat dalam tabel 3 berikut. Tabel 3. Syarat wiring diferensial trafo Sambungan
Sambungan CT
Sambungan ACT Primer
Sekunder
Sisi Trafo Y
Y
Y
D
D
Y
Y
Y
Y
D
D
Y
Contoh penerapan wiring secara lengkap untuk trafo dengan hubungan belitan Yy0 disampaikan dalam gambar 4. Dengan perkembangan teknologi elektronika, relai diferensial sudah mampu mengakomodir segala kondisi CT sehingga sangat mudah penerapannya.
Gambar 4. wiring diferensial trafo Yy0
2.2 BUSBAR Busbar atau rel adalah titik pertemuan atau hubungan trafo-trafo tenaga, SUTT, SKTT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik atau daya listrik. Ada pula yang mengartikan, Busbar dalam sistem tenaga adalah lokasi di mana jalur transmisi, sumber generasi, dan beban distribusi bertemu. Karena konvergensi ini, sirkuit pendek yang terletak di dekat busbar cenderung memiliki arus besar yang sangat tinggi. Karena arus sangat besarnya, maka jika ada kesalahan memerlukan kecepatan yang tinggi dalam operasi perlindungan busbar untuk membatasi kerusakan peralatan tersebut. Namun, kliring berkecepatan tinggi harus seimbang terhadap kebutuhan untuk keamanan. Tersandung salah untuk kesalahan eksternal dapat menyebabkan gangguan besar, dan membahayakan stabilitas daya sistem. Besarnya kesalahan yang tinggi meningkatkan kemungkinan CT saturasi selama kesalahan eksternal dekat dengan busbar, dan CT saturasi meningkatkan kemungkinan operasi yang salah dari perlindungan busbar.
2.2.1 PROTEKSI BUSBAR Gangguan pada busbar relatif jarang (sekitar 7 % ) dibandingkan dengan gangguan pada penghantar (sekitar 60 %) dari keseluruhan gangguan, tetapi dampaknya akan jauh lebih besar dibandingkan pada gangguan penghantar, terutama jika pasokan yang terhubung ke pembangkit tersebut cukup besar. Dampak yang dapat ditimbulkan oleh gangguan di bus jika gangguan tidak segera diputuskan antara lain adalah : 1. Kerusakan instalasi 2. Timbulnya masalah stabilitas transient, 3. Dimungkinkan OCR dan GFR di sistem bekerja sehingga pemutusan menyebar. Proteksi busbar pada prinsipnya adalah menjumlah seluruh arus yang keluar dan masuk busbar, yang dalam keadaan normal harus sama dengan nol. Desain proteksi busbar harus benar-benar selektif dan tidak mengijinkan terjadi malakerja karena PMT yang ditripkan oleh proteksi busbar cukup banyak. 2.2.1.1 PROTEKSI BUSBAR TUNGGAL Gambar 5 menunjukkan proteksi untuk single busbar yang dibagi menjadi dua (zone). Kelompok CT ke-1 yaitu a,b dan c merupakan daerah proteksi relai diferensial untuk zone 1 dan kelompok CT ke-2 yaitu d,e dan f untuk zone 2.
Gambar 5. Proteksi Single Busbar Sedangkan kelompok CT ke-3 yaitu g,h,j dan k berfungsi sebagai check zone yang berfungsi memastikan bahwa gangguan merupakan gangguan internal dan untuk mencegah mal operasi jika ada kelainan pada proteksi busbar masingmasing zone
(misalnya ada wiring yang terbuka atau terhubung singkat). Jika terjadi gangguan pada zone 1, maka jumlah arus dari CT a, b dan c tidak sama dengan nol, akibatnya ada arus yang melalui relai R1. Hal ini juga dirasakan oleh relai R3 yang akan menutup kontaknya untuk memberi tegangan positip, dan dengan menutupnya kontak dari relai R1 maka sinyal trip akan dikirim ke PMT yang dilingkupi CT a,b dan c. Dengan demikian zone 1 dapat diisolir dari sistem. Jika ada rangkaian arus yang terbuka pada zone proteksi, maka pada saat beban yang cukup besar atau pada saat ada gangguan eksternal, akan menyebabkan proteksi busbar pada zone tersebut tidak stabil atau relai dari busbar tersebut akan menutup kontaknya. Tetapi dengan adanya chek zone, relai tersebut tidak mendapat tegangan positip sehingga mal operasi dapat dicegah. 2.2.1.2 PROTEKSI BUSBAR GANDA Proteksi busbar ganda disampaikan dalam gambar 3-6. Tampak pada gambar bahwa sistem tersebut mengakomodasi manuver rel melalui Disconector Switch (DS) atau Pemisah (PMS). Dengan bantuan kontak bantu pada posisi masingmasing DS maka secara otomatis zone dari relai busbar akan mengikuti posisi dari DS.
Gambar 6. Proteksi busbar ganda
DAFTAR PUSTAKA maxup01.blogspot.com PT PLN (PERSERO) JASA PENDIDIKAN DAN PELATIHAN UNIT DIKLAT SEMARANG repository.usu.ac.id
