KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

57
KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA PADA GARDU INDUK PADANG SAMBIAN Oleh : IR. I GEDE DYANA ARJANA, MT. JURUSAN TEKNIK ELAKTRO DAN KOMPUTER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2016

Transcript of KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

Page 1: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA PADA GARDU INDUK PADANG SAMBIAN

Oleh :

IR. I GEDE DYANA ARJANA, MT.

JURUSAN TEKNIK ELAKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2016

Page 2: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

i

KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA PADA GARDU INDUK PADANG SAMBIAN

Oleh :

IR. I GEDE DYANA ARJANA, MT.

NIP : 19650803 199103 1 002

JURUSAN TEKNIK ELAKTRO DAN KOMPUTER

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2016

Page 3: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

ii

ABSTRAK

Transformator daya sangat vital fungsinya dalam sistem penyaluran energi listrikdari pusat pembanglit sampai kepada konsumen. Pada operasional penyaluran energi listrik, transformator sering mengalami gangguan internal dan eksternal, sehingga sehingga perlu dirancang sistem pengaman yang dapat melidungi transformator dari gangguan dan kerusakan Pada penentuan setting peralatan pengaman akan dianalisis secara deskriftif gangguan-gangguan tersebut sehingga didapatkan sistem pengaman transformator yang handal. Penggunaan beberapa jenis relai yang bekerja secara berlapis berfungsi untuk mendapatkan sistem pengaman yang sesuai dengan persyaratan sistem pengaman. Jika salah satu relai gagal beroperasi maka akan diback up oleh relai yang lain

Kata kunci: Gardu Induk, Sistem Pengaman Relai

Page 4: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

iii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, atas

rahmat-Nyalah Karya Ilmiah berjudul “Koordinasi Sistem Pengaman Transformator Pada Gardu Induk” dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Dalam penyusunan Karya Ilmiah ini penulis mendapatkan masukan dari berbagai pihak, baik itu secara moral maupun spiritual. Melalui kesempatan yang baik ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Karya Ilmiah ini.

Penulis menyadari bahwa Karya Ilmiah ini masih banyak kekurangan baik dari isi maupun tata bahasanya. Kiranya masukan berupam kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Karya Ilmiah ini.

Denpasar, Mei 2016

Penulis

Page 5: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

iv

DAFTAR ISI

JUDUL ....................................................................................................... i

ABSTRAK ................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR .............................................................................. iii

DAFTAR ISI ............................................................................................. iv

DAFTAR GAMBAR ................................................................................ vii

DAFTAR TABEL ...................................................................................... viii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................. 3

1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ............................................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator ........................................................................................ 4

2.2 Gangguan ............................................................................................. 7

2.2.1 Jenis Gangguan .................................................................................. 7

2.2.2 Penyebab Gangguan .......................................................................... 7

2.3 Sistem Pengaman .................................................................................. 8

2.3.1 Komponen Simetri ................................................................................ 8

2.3.2 Komponen simetris dari phasor tidak simetris ..................................... 9

2.3.3 Gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah .................................... 11

2.3.4 Gangguan satu phasa ke tanah pada kumparan transformator ............. 16

2.4 Fungsi Dan Tujuan Pengaman .............................................................. 16

2.5 Syarat Pengaman ................................................................................... 17

2.6 Restricted Earth Fault Relay ................................................................... 17

Page 6: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

v

2.7 Prinsip Kerja Relay REF ........................................................................ 17

2.8 Koordinasi Relay Diferensial dan REF .................................................... 18

2.9 Setting Relay REF .................................................................................... 19

2.10 Daerah Kerja Relay Diferensial dan REF .............................................. 20

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Kerja Penelitian ..................................................... 21

3.2 Data ........................................................................................................ 21

3.2.1 Sumber Data ....................................................................................... 21

3.2.2 Jenis dan Bentuk Data ........................................................................ 21

3.3 Teknik Pengumpulan Data .................................................................... 21

3.4 Analisis Data ......................................................................................... 22

3.5 Alur Analisis ......................................................................................... 22

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ................................................. 23

4.1.1 Gangguan di Luar Daerah Pengaman ................................................... 23

4.1.2 Gangguan Dalam Daerah Pengaman .................................................... 23

4.1.2.1 Gangguan Listrik ............................................................................... 24

4.1.2.2 Gangguan Bukan Oleh Listrik ........................................................... 24

4.2 Gangguan Hubung Singkat ..................................................................... 25

4.2.1 Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah dengan .................... 25

Titik Netral Dihubungkan dengan NGR 40 Ohm ..

4.3 Simulasi Gangguan pada Belitan Transformator .................................. 30

4.4 Setting Relay REF ................................................................................. 30

4.4.1. Relai REF Terpasang ......................................................................... 31

4.5 Setting Relai Diferensial dan Relai Arus Lebih ke Tanah .................... 32

4.5.1. Setting Relai Diferensial ................................................................... 32

4.5.2 Setting Relai Arus Lebih ke Tanah Titik Netral Sekunder ................. 34

4.5.2.1 Setting Relai arus Lebih Terpasang ................................................ 36

4.6 Perbandingan Setting REF Hasil Perhitungan dengan Terpasang .......... 37

Page 7: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

vi

4.6.1 Perbandingan Setting Relai arus Lebih ke Tanah pada ....................... 38

Titik Netral Sekunder Hasil Perbandingan dengan Terpasang

4.6.2 Perbandingan kecepaan kerja relai REF dengan relai ......................... . 39

Diferensial pada sisi sekunder transformator

4.6.3 Perbandingan kecepaan kerja relai REF dengan relai arus lebih satu

phasa ke tanah pada titik netral sekunder transformator ................... . 40

4.7 Koordinasi Kerja Relai Pengaman Transformator .................................. 42

BAB V PENUTUP

5.1 Simpulan ................................................................................................. 47

5.2 Saran ...................................................................................................... 47

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 48

LAMPIRAN .................................................................................................. 49

Page 8: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Inti Besi ............................................................................... 4

Gambar 2.2 Kumparan Trafo .................................................................. 5

Gambar 2.3 Bushing ................................................................................ 5

Gambar 2.4 Phasor Urutan Rangkaian Tiga Phasa .................................. 9

Gambar 2.5 Gangguan satu phasa ke tanah pada phasa “a” ............... 11

Gamber 2.6 Rangkaian pengganti hubung singkat satu phasa ke tanah.... . 13

Gambar 2.7 Single Line Diagram pemasangan reali REF ..................... .. 13

Gambar 2.8 Kondisi gangguan satu phasa ke tanah terjadi di F ............... 14

Gambar 2.9 Konsidi gangguan pada daerah pengaman REF .................... 14

Gambar 2.10 Daerah pengaman relai diferensial dan REF ........................ 20

Gambar 3.1 Diagram Alur Analisis .......................................................... 22

Gambar 4.1 Rangkaian saat Hubung Singkat satu phasa ke tanah ............. 25

pada bus 20 kV

Gambar 4.2 Daerah kerja relai REF .......................................................... 31

Gambar 4.3 Daerah kerja relai diferensial .............................................. 32

Gambar 4.4 Rangkaian pengganti sebuah trafo tenaga ........................... 35

Gambar 4.5 Daerah kerja relai ems lebih ke tanah titik netral ................ 35

Gambar 4.6 Sistem Pengaman Transformator .......................................... 37

Gambar 4.7 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada beban .. 41

Gambar 4.8 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada rel ....... 42

20 .kV.

Gambar 4.9 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada ............... 42

kabel 20 kV .

Gambar 4.10 Rangkaian satu garis trnasformator gangguan pada ............... 44

Belitan sekunder

Gambar 4.11 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada ............... 44

belitan primer

Gambar 4.12 Single Line diagram sistem pengaman transformator ............. 45

Page 9: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Perbandingan setting REF hasil perhitungan dengan terpasang .. .... 32

Tabel 4.2 Perbandingan setting relai arus lebih ke tanah titik netral .................. 37

Sekunder NS51 hasil perhitungan dengan yang terpasang

Tabel 4.3 Perkiraan % belitan yang terganggu dan titik netra ........................ 40

transformator serta daerah kerja reali REF dan diferensial dilihat

dan peningkatan arus gangguan sesuai setting terpasang

Tabel 4.4 Koordinasi kerja relai pengaman transformator untuk .................. 44

mengamankan gangguan satu phasa ke tanah internal transformator

Tabel 4.5 Koordinasi kerja relai sesuai setting yang terpasang .................... .... 46

Page 10: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.

Kebutuhan akan energi listrik dewasa ini semakin meningkat seiring

dengan meningkatnya taraf kehidupan masyarakat. Peningkatan penggunaan

peralatan elektronika modern sebagai alat bantu pada konsumen memerlukan

penyaluran energi listrik secara kontinyu serta memiliki kualitas daya yang baik.

Penyaluran energi listrik dari pusat-pusat pembangkit yang letaknya sangat jauh

sampai kepada pusat-pusat beban/konsumen ( Gardu Induk ) menggunakan aiatem

penyaluran dengan sistem tegangan kerja yang berbeda untuk mengurangi rugi-

rugi pada saluran. Pemilihan sistem tegangan yang berbeda pada saluran untuk

menyalurkan energi listrik dilakukan dengan menaikkan dan menurunkan

tegangan dari pusat pembangkit ke gardu induk menggunakan transformator yang

kemudian disalurkan ke konsumensesuai dengan jenis konsumen. Pentingnya

fungsi transformator pada sistem tenaga lisrik maka sistem pengamanan

transformator daya harus direncanakan sebaik mungkin. Dalam operasinya

transformator sering mengalami gangguan internal maupun eksternal. Ganguan

akan menimbulkan tegangan dan arus ganguan yang besar, besarnya arus

gangguan hubung singkat dapat menyebabkan kebocoran isolasi gulungan

transformator juga akan menimbulkan panas yang berlebih pada transformator

sehingga opersi sistem tenaga listrik secara keseluruhan menjadi terganggu atau

menyebabkan pemadaman.

Ganguan yang terjadi pada internal transformator tersebut harus dapat

dideteksi secara cepat dan tepat untuk membuka cirkuit breaker-nya.

Pengkombinasian kerja relai-relai pengaman yang berfungsi untuk mendeteksi

utama ganguan pada transformator tenaga. Disamping relai diffrensial yang

digunakan sebagai pengaman utama untuk mendeteksi gangguan baik yang terjai

di luar maupun yang terjadi di dalam transformator itu sendiri. Adanya ganguan

yang menyebabkan meningkatnya suhu di dalam transformator tidak dapat

dideteksi penyebabnya oleh relai-relai yang ada maka kenaikan suhu itu dirasakan

Page 11: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

2

relai suhu untuk melepas circuit breaker, kejadian yang berulang pada

transformator daya utama pada gardu-gardu induk membutuhkan perencanaan

pengaman khusus untuk mendeteksi gangguan antar belitan transformator yang

sering menyebabkan hubung singkat serta kenaikan suhu pada transformator.

Dengan adanya relai semacam ini akan mencegah kerusakan peralatan baik pada

sistem maupun peralatan pada konsumen apabila terjadi ganguan.

Selain pengaman pada system tenaga listrik harus di rencanakan system

backup penamannya. Transformator Daya yang ada pada Gardu-gardu induk

merupakan peralatan utama dalam system penyaluran tenaga listrik, sering

mengalami gangguan baik gangguan external maupun gangguan internal. Pada era

modern ini telah direncanakan system pengaman terhadap aruss hubung singkat

yang kemungkinan terjadi antara lilitan Transformator atau antara lilitan

transformator dengan body transformator. Pada kejadian ini relay pengaman

utama transformator berupa Diffrensial relai tidak mampu mengatasi gangguan

tersebut.

Kejadian atau kasus gangguan satu fasa ke tanah yang sering pada salah

satu penyulang pada transformator sering terjadi pada system tenaga listrik.

Gangguan satu fasa ke tanah ini sering menyebabkan kerusakan akibat gagalnya

relai yang terpasang baik pada system pengaman penyulang maupun system

pengaman bus 20 Kv serta gagalnya relai lain sehingga arus gangguan hubung

singkat ini menembus titik netral trafo. Berdasrakan kejadian tersebut maka perluu

direncanakan system pengaman utama untuk mengatasi gangguan.gangguan satu

fasa ke tanah atau antara lilitan Transformator atau antara lilitan transformator

dengan body transformator

1.2 Rumusan Masalah.

Berkaitan dengan sistem pengaman transformator tenaga, permasalahan

yang akan dibahas diantaranya adalah : Bagaimana kerja relai pengaman untuuk

mengatasi ganggguan satu fasa ke tanah?

Page 12: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

3

1.3 Tujuan.

Beberapa tujuan yang hendak dicapai melalui penelitian ini adalah :

1. Mengetahui gangguan-gangguan pada transformator tenaga

2. Mengetahui sistem proteksi utama transformator tenaga.

1.4 Manfaat Penelitian.

Manfaat dari penelitian ini adalah didapatkannya suatu data yang dapat

sebagai acuan dalam permasalahan pengaman pada transformator tenaga dan

peran relai sebagai pengaman transformator tenaga.

1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah.

Masalah yang di bahas pada Karya Ilmiah ini adalah tentang koordinasi

sistem pengaman pada transformator tenaga, mengingat banyaknya peralatan

pengaman yang terdapat dalam sistem pengamanan transformator tenaga baik itu

pengaman internal maupun eksternal. Maka pada penelitian ini dibahas tentang

prinsip kerja dan setting dari relai pengaman, sehingga koordinasi kerja relai

mampu mendeteksi gangguan yang terjadi pada transformator tenaga.

1.6. Sistematika Penulisan.

Karya Ilmiah ini terdiri dari lima bab yang meliputi :

1. Bab I : Pendahuluan, menyajikan latar belakang tentang sistem pentanahan,

rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat, dan sistematika

penulisan.

2. Bab II : Tinjauan pustaka, mengetengahkan dasar teori sistem pentanahan

NGR, Komponen Simetri dan relay.

3. Bab III : Metode, berisi data dan metoda analisa data.

4. Bab IV : Hasil dan Pembahasan, menampilkan analisa sistem pentanahan

yang optimum untuk pengaman terhadap ganguan hubung singkat

pada sistem pengaman tranformator

5. Bab V : Penutup, berisi simpulan dan saran dan kajian yang telah dilakukan.

Page 13: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Transformator

Transformator adalah peralatan yang dapat memindahkan daya listrik arus

bolak-balik dari suatu rangkaian primer ke rangkaian sekunder dengan tegangan

dan arus yang berubah, namun dengan frekuensi yang tetap. Komponen utama

dari transformator adalah :

a. Inti Besi

Berupa lempengan-lempengan besi tipis berisolasi, untuk mengurangi panas (rugi-rugi besi) yang ditimbulkan

oleh “arus Eddy”, inti berfungsi sebagai media aliran fluksi, yang ditimbulkan arus listrik yang melalui kumparan.

Gambar 2.1 Inti Besi Transformator

b. Kumparan Trafo

Berupa gulungan diisolasi pada inti besi maupun terhadap lilitan lain dan

diisolasi. Pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan

primer dihubungkan dengan tegangan bolak-balik maka timbul fluksi. Fluksi ini

akan menginduksi tegangan pada kumparan sekundernya, bila rangkaian sekunder

dihubungkan dengan rangkaian beban maka akan timbul arus pada kumparan inti.

Page 14: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

5

Gambar 2.2 Kumparan Trafo

c. Minyak Trafo

Pada trafo daya berkapasitas besar, kumparan dan intinya direndam dalam

minyak karena minyak mempunyai sifat sebagai media pemindah panas (sirkulasi)

dan bersifat pula sebagai isolasi sehingga minyak trafo tersebut berfungsi sebagai

media pendingin dan isolasi.

d. Bushing

Kkumparan trafo ke jaringan luar dihubungkan melalui bushing berupa

konduktor yang diselubungi oleh isolator dan berfungsi sebagai penyekat antara

konduktor tersebut dengan tangki trafo.

Gambar 2.3 Bushing

Page 15: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

6

e. Tangki dan Konservator

Kumparan dan inti trafo direndam minyak didalam tangki juga berfungisi untuk menampung pemuaian minyak

trafo, tangki dilengkapi dengan konservator. Transformator juga dilengkapi dengan peralatan bantu, yaitu :

1. Pendingin

Pada inti dan kumparan akan timbul panas akibat rugi – rugi besi dan tembaga.

Panas tersebut mengakibatkan kenaikan suhu sehingga dapat merusak isolasi.

Untuk mengurangi kenaikan suhu, trafo dilengkapi dengan sistem pendingin

untuk menyalurkan panas keluar trafo. Media yang digunakan pada sistem

pendingin berupa :

Udara / gas

Minyak dan Air

Sedangkan sirkulasi dapat dengan cara Alamiah dan Tekanan

Pada cara alamiah, sirkulasi 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 dengan

cara melengkapi trafo sirip-sirip (radiator). Bila diinginkan penyaluran panas yang

lebih cepat, cara alamiah tersebut dilengkapi dengan peralatan pompa sirkulasi

minyak, udara, dan air , cara ini disebut dengan pendingin paksa.

2. Tap Changer.

Berguna untuk mengubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan

tegangan sekunder yang disesuaikan dengan tegangan beban. Tap changer yang

dioperasikan dalam keadaan trafo tidak berbeban disebut “OFF Load Tap

Changer”, dan hanya dapat dioperasikan secara manual. Sedangkan yang dapat

diroperasikan dalam keadaan trafo berbeban disebut “ON Load Tap Changer” dan

Tap ini dapat dioperasikan baik secara manual maupun secara otomatis melalui

sistem kontrol yang dimiliki transformator tersebut.

3. Alat Pernafasan

Pengaruh naik turunnya beban trafo maupun suhu udara luar, maka suhu

minyak akan berubah-ubah. Bila suhu tinggi, minyak akan memuai dan mendesak

udara diatas permukaan minyak keluar dari tangki, sebaliknya bila suhu turun,

minyak akan menyusut maka udara luar akan masuk ke dalam tangki. Akibat

Page 16: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

7

pernafasan trafo, udara lembab akan menurunkan tegangan tembus minyak trafo,

untuk mencegah hal tersebut pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapi

alat pernafasan, berupa tabung berisi kristal zat hygroskopis.

2.2 Gangguan.

Gangguan merupakan keadaan abnormal pada sistem tenaga listrik yang

menyebabkan sistem tidak beroperasi sebagaimana mestinya .

2.2.1 Jenis Gangguan.

Proteksi sistem tenaga listrik di design terutama untuk mengamankan

sistem dan konsumen terhadap gangguan yang disebabkan oleh beberapa jenis

gangguan antara lain :

Gangguan terhadap tegangan lebih yang disebabkan oleh surja hubung

maupun surja petir

Gangguan terhadap arus lebih, baik Arus lebih yang disebabkan hubung

singkat dan beban lebih

Gangguan frekuensi

2.2.2 Penyebab Gangguan.

Gangguan akan menyebabkan bekerjanya relai dan melepas pemutus daya

sehingga mengakibatkan terputusnya aliran daya. Gangguan dapat disebabkan

oleh faktor internal dan faktor eksternal.

Faktor internal yang menyebabkan gangguan antara lain :

Spesifikasi alat tidak sesuai

Pemasangan tidak sesuai

Umur peralatan

Peralatan dioperasikan melebihi kapasitas normalnya

Suhu

Sedangkan faktor eksternal yang menyebabkan gangguan antara lain :

Surja petir,

Merupakan gejala alam yang diakibatkan petir

Polusi debu

Page 17: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

8

Debu yang menempel pada isolator, bila udara lembab maka debu menjadi

konduktor yang menyebabkan timbulnya bunga api. Isolator yang rusak akibat

sambaran petir sehingga akan terjadi kegagalan isolasi pada peralatan

Gangguan yang terjadi bersifat :

Temporer Yaitu gangguan sesaat dan dapat kembali normal

Permanen Yaitu gangguan yang tidak dapat hilang

2.3 Sistem Pengaman.

Sistem pengaman merupakan rangkaian peralatan yang dirancang untuk

mendeteksi gangguan pada peralatan atau sistem tenaga listrik dan secara otomatis

dapat mengamankan peralatan atau sistem yang terganggu.

Gangguan tegangan lebih maupun arus lebih akibat hubung singkat, baik

gangguan hubung singkat antar fasa maupun gangguan hubung singkat ke tanah.

Tegangan atau arus gangguan yang sangat besar apabila tidak diantisipasi secara

cepat dan tepat dapat merusak sistem atau peralatan .

2.3.1 Komponen Simetri.

Menurut C.L. Fortescue bahwa Suatu sistem tak seimbang terdiri dari

phasor tak seimbang pula dapat diuraikan menjadi phasor-phasor seimbang

dinamakan komponen simetri dari phasor aslinya “n” buah phasor pada setiap

himpunan komponen-komponennya sama panjang, dan sudut antara phasor yang

bersebelahan dalam himpunan itu adalah sama besar.

Prinsip dasar dari komponen simetris untuk rangkaian sistem tiga phasa

adalah pada setiap bilangan fasor yang tak seimbang dalam sistem tiga phasa,

dapat di uraikan menjadi fasor yang seimbang,.(Stevense,1984) :

A. Komponen urutan positif yang terdiri dari tiga fasor yang sama besar,

terpisah dengan beda phasa sebesar 1200 listrik dan mempunyai urutan

phasa yang sama seperti fasor aslinya.

Page 18: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

9

B. Komponen urutan negatif yang terdiri dari tiga phasa fasor yang sama

besar dengan beda phasa sebesar 1200, dan mempunyai urutan phasa yang

berlawanan dengan fasor aslinya.

C. Komponen urutan nol terdiri dari tiga fasor yang sama besar dan dengan

pergeseran phasa adalah nol antara fasor yang satu dengan yang lainya.

Metode komponen simetris ini berguna untuk menganalisa gangguan sistem

tenaga listrik yang menyebabkan sistem menjadi tidak seimbang.

Gambar 2.4 Phasor urutan rangkaian tiga phasa

(a) phasor urutan positif.

(b) phasor urutan negatif.

(c) phasor urutan nol.

2.3.2. Komponen Simetri dari Phasor Tidak Simetris.

Komponen tidak simetris dapat diselesaikan dengan operator a = 1< 1200

dan a2 = 1 < 2400. Berpedoman pada gambar 2.4, maka banyaknya kuantitas yang

tidak diketahui dapat dikurangi dengan menyatakan masing-masing komponen V

sebagai suatu hasil kali dari suatu fungsi operator ‘a’ dengan suatu komponen dari

Va, maka hubungan tersebut dinyatakan sebagai berikut :

12

1 ab VaV

22 ab aVV

00 ab VV

321 aaaa VVVV

Page 19: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

10

021 bbbb VVVV

021 cccc VVVV

1ac aVV

22

2 ac VaV ………….……………………………………………………….. (2.1)

00 ac VV

Jika dimasukkan dalam bentuk matrik akan menjadi :

2

1

0

2

2

1

1

111

a

a

a

c

b

a

V

V

V

aa

aa

V

V

V

…………………………………………………….(2.2)

Untuk memudahkan penghitungan, kita misalkan operator tersebut :

A =

2

2

1

1

111

aa

aa ……………………………………………….…… (2.3)

A-1 =

aa

aa2

2

1

1

111

3

1…………………………...…………………….….. (2.4)

Dengan memperkalikan kedua sisi persamaan (2.2) dengan A maka diperoleh :

c

b

a

a

a

a

V

V

V

aa

aa

V

V

V

2

2

2

1

0

1

1

111

3

1 …………………….…………………………… (2.5)

Dari matrik (A) diatas kita dapat uraikan suatu persamaan sebagai berikut :

cbaa VVVV 3

10 ………………………………………………………... (2.6)

cbaa VaaVVV 21 3

1 ……………………………………………………. (2.7)

cbaa aVVaVV 22 3

1 ……………………………………………………. (2.8)

Persamaan untuk kuantitas tegangan seperti diatas, dapat juga diganti dengan

kuantitas teganan (V) dengan kuantitas arus (I)

Page 20: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

11

Va = besarnya tegangan phasa “a”

Vb = besarnya tegangan phasa “b”

Vc = besarnya tegangan phasa “c”

12

1 ab IaI 11 ac aII

22 ab aII 22

2 ac IaI

00 ab II 00 ac II …………………………………….……….. (2.9)

021 IIII aaa

021 bbbb IIII

021 cccc IIII

Dengan demikian persamaan arusnya (I) menjadi :

cbaa IIII 3

10 ……………………………………………………….. (2.10)

cbaa IaaIII 21 3

1 …………………………………………………….. (2.11)

cbaa aIIaII 22 3

1 …………………………………………………….(2.12)

2.3.3. Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah.

Gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah ini juga disebut gangguan

tidak simetris yaitu terjadi hubung singkat pada salah satu phasa : phasa “a” atau

“b” atau “c” ke tanah. Sehingga keadaaan sistem selama terjadi gangguan adalah

seperti gambar berikut ini :

Gambar 2.5 Gangguan satu phasa ke tanah pada phasa “a”

Page 21: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

12

Gangguan terjadi pada sisi sekunder transformator hubung bintang dengan titik

netral di tanahkan melalui tahanan pentanahan (NGR).

Pada gambar 2.5 sebelum terjadi gangguan. keadaan sistem adalah :

0 cba III …………………………………………………………….. (2.13)

Jika operasi beban trafo dalam keadaan seimbang, maka In = 0 saat terjadi

gangguan akan terjadi arus urutan positip pada sistem tersebut sebesar :

0aV ………………………………………………………………………. (2.14)

0211 ZZZ

EI a

a ……...………………………………………………….. (2.15)

ZI = impedansi urutan positif

Z2 = impedansi urutan negatif

Z0 = impedansi urutan nol

Dengan memperhatikan gambar 2.6 diperoleh persamaan sebagai berikut :

210 aaa III .……...………………………………………………………. (2.16)

13 aa II ………………………………………………………………….. (2.17)

Saat terjadi gangguan seperti gambar 2.5 maka keadaan sistem adalah :

0 cb II ………………………………………………………………….. (2.18)

111 ZIEV aaa ...……………………………………………………… (2.19)

222 ZIV aa …………………………………………………………… (2.20)

000 ZIV aa …………………………………………………………… (2.21)

021 aaaa VVVV ………………………………………………………. (2.22)

Karena gangguan terjadi adalah satu phasa ke tanah maka angkaian penggantinya

adalah seperti gambar 2.6 di bawah :

Page 22: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

13

Gambar 2.6 Rangkaian pengganti hubung singkat satu phasa ke tanah

Dari gambar 2.6 diperoleh persamaan:

0212

aaab VaVVaV ………………………………………………………(2.23)

022

1 aaac VVaaVV ……..……………………………………………… (2.24)

baab VVV …………………………………………………………….…. (2.25)

cbbc VVV ...…………………………………………………………….... (2.26)

acca VVV ………………………………………………………………... (2.27)

Gambar 2.7 Single line diagram pemasangan relai REF

Page 23: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

14

Gambar 2..8 Kondisi gangguan satu phasa ke tanah terjadi di F

Berdasarkan gambar 2.8 gangguan di titik “F” maka akan timbul arus I10 dan Tn0

besar magnitudnya adalah sama tapi berbeda sudut 1800 sehingga : Ir = 0. Karena

010 nf III ….…………………………………………………………….. (2.28)

maka REF relai tidak bekerja

Gambar 2..9 Kondisi gangguan pada daerah pengamanan REF

Sesuai gambar 2.9 gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah terjadi

pada internal transformator, maka Ino = 0 sedangkan Ino = 0 dan jika Ino ISET,

maka REF akan bekerja melepas PMT sisi primer dan sekunder trafo tenaga.

Ir = Besarnya arus gangguan yang dirasakan oleh relai REF

I0 = Besarnya arus gangguan yang mengalir pada titik netral

I10 = Besarnya arus gangguan yang mengalir dari titik gangguan ke tanah

Gangguan hubung singkat tidak simetris ( hanya pada salah satu phasa ke

tanah ) pada transformator hubung bintang dengan titik netral ditanahkan.

Untuk mempermudah perhitungan, analisis dilaksanakan dengan merubah

semua besaran yang akan dihitung ke dalam kuantitas per unit (pu), dengan

Page 24: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

15

terlebih dahulu menentukan besaran-besaran dasar (base) yang akan dipakai dasar

perhitungan antara lain :

)(3

3

LLKVsarteganganda

dasarKVAArusdasar

………………………... (2.29)

dasarMVA

KVsarTegangandaarpedansidas LL

3

,Im …………………….. (2.30)

Tegangan dan Daya dasar ditentukan berdasakan :

hsMVA

( nominalTegangan (Zs)sumber Impedansi

)2

kV LL

Menurut perhitungan setting koordinasi pengaman trafo dan penyulang :

Impedansi urutan positif (X1TP), urutan negatif (X2TP), dan urutan nol (X0TP),

untuk sisi primer trafo adalah 0,5*XIT ( impedansi urutan positif trafo) dan

untuk sisi sekunder transformator adalah 0,5 * XIT ( impedansi urutan positif

transformator..............................................................................................(2.31)

Impedansi urutan positif (X1TP), urutan negatif (X2TP), dan urutan nol

(X0TP),).......................................................................................................(2.32)

Dalam perhitungan diasumsikan :

ZS = Z1S = Z2S = Z0S..........................................................................................(2.33)

ZT = Z1T = Z2T = Z0T.........................................................................................(2.34)

Z1= Z1S = Z2S = Z0S...........................................................................................(2.35)

Z2 = Z2S = Z2TP = ZTS.........................................................................................(2.36)

Dari rangkaian pengganti pada gambar 4.2 impedansi urutan nol (Z0) adalah :

nKTS

TTTP

TTTPS ZZZZZZ

ZZZZ 300

000

0000

.………………………………..(2.37)

Page 25: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

16

Impedansi dalam “pu” = )(

)(

dasarZasarimpedansid

Zebenarnyaimpedansis …………………….. . . (2.38)

Diasumsikan “ Z1 kabel = Z2 kabel………………………………………............ (2.39)

Z0 kabel = 3 * Z1 kabel……………………………………………………………(2.40)

2.3.4 Gangguan Satu Phasa ke Tanah Pada Kumparan Transformator.

Untuk mengamankan gangguan satu phasa ke tanah yang terjadi pada

internal trafo, akibat setting sensitifitas relai diferensial yang terbatas maka dalam

analisa gangguan pada kumparan trafo perlu diketahui fungsi relai REF

Misalkan” k “ perbandingan ratio kumparan primer dengan sekunder trafo

adalah n1 : n2 = k

Jika terjadi gangguan pada 100 % kumparan trafo sisi sekunder ke tanah

maka besarnya arus gangguan satu phasa ke tanah adalah If.

Maka pada gangguan adalah:

fIX

100

……………………………………………………….…….. (2.41)

Besar arus gangguan yang dirasakan di sisi primer trafo adalah :

k

IX

f

2

100………………………………………………………… (2.42)

2.4 Fungsi dan Tujuan Pengaman

Alat pengaman yang dipasang pada sistem berfungsi untuk mendeteksi

adanya gangguan pada peralatan yang kemudian mengambil keputusan seketika

atau waktu tunda untuk mengamankan sistem atau peralatan, pengaman berfungsi

untuk menentukan lokasi dan jenis gangguan yang terjadi pada sistem. Gangguan

temporer atau yang tidak membahayakan, pengaman hanya memberi tanda akan

adanya gangguan atau kerusakan.

Page 26: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

17

2.5 Syarat Sistem Pengaman.

Untuk menjamin kestabilan kerja dalam operasional, sistem pengaman

harus memenuhi persyaratan sebagai berikut (Titarenko, 1977) :

a. Cepat adalah kecepatan bereaksi relai adalah waktu yang digunakan oleh saat

relai mulai merasakan adanya gangguan sampai mengambil keputusan untuk

mengisolasi gasnguan dengan pelepasan CB, waktu kecepatan bereaksi relai

yang sesuai menghindarkan kerusakan.

b. Selektif adalah Kecermatan menentukan pengamanan, meliputi koordinasi

pengamanan sistem secara keseluruhan.

c. Sensitif adalah Relai harus bekerja dengan kepekaan tinggi terhadap gangguan

di daerahnya meskipun gangguan yang terjadi minimum

d. Handal , Relai mampu bekerja terhadap banyaknya gangguan yang terjadi.

e. Sederhana ,Sistem sederhana tetapi dapat dideteksi dan mengatasi gangguan.

f. Ekonomis, Biaya murah tanpa mengabaikan persyaratan.

2.6 Resticted Earth Foult Relay.

Relai ini berfungsi untuk mendeteksi gangguan hubung singkat satu

phasa ke tanah yang dipasang pada trafo tenaga atau generator tiga phasa dengan

hubungan belitannya adalah hubung bintang dan titik netralnya di tanahkan. Relai

ini merupakan back up dari relai diferensial, karena tingkat sensitifitas relai

diferensial terbatas, maka dipertimbangkan untuk memasang relai pengaman

cadangan untuk mengamankan gangguan satu phasa ke tanah yang terjadi pada

kumparan trafo terutama gangguan yang terjadi dekat dengan titik netralnya.

2.7 Prinsi Kerja Relai REF

Prinsip kerja REF hampir sama dengan kerja relai diferensial, karena

terpasang diantara dua buah trafo arus.

Maka :

I10 = -In0

0010 nr III ………………………...…………………………………. (2.43)

Page 27: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

18

maka relai tidak bekerja. Jika gangguan di dalam daerah pengamannya maka :

I10 ≠ -In0

Ir = I10+In0≠0

Bila Ir ≥ISET maka relai akan kerja memerintahkan PMT sisi primer dan sekunder

membuka sehingga gangguan tidak meluas ke sisi lain yang sehat.

I10 = Besar arus yang mengalir dari titik gangguan ke tanah

In0 = Besar arus yang megalir pada titik netral trafo tenaga

Ir = Besar arus yang dirasakan oleh relai pengaman saat relai mencapai pick up

Iset = Besar gangguan yang dirasakan oleh relai tetapi belum mencapai pick up

2.8. Koordinasi Realy Diferensial dan REF

Menurut Komari. S. Soekarto. Wirawan, 1995, Pada keadaan tertentu relai

diferensial hanya sensitiv mengamankan gangguan internal sebagian kumparan

tralo ( 40%) dan selebihnya ( %60 ) kurang. keterbatasnya sensitivitas relai

diferensial perlu dibantu oleh relai pengaman gangguan tanah terbatas. Relai

diferensial umumnya mempunyai beberapa penyetelan kecuraman. Tujuan

karakteristik persen kecuraman adalah untuk mencegah salah kerja karena adanya

ketidakseimbangan arus sisi sekunder dari trafo arusnya pada saat terjadi

gangguan diluar daerah pengamannya. Setelah kecuraman tersebut dipengaruhi

oleh beberapa hal:

Kesalahan sadapan transformator 12%

Kesalahan trafo arcs 5%

Mis match relai 2%

Arus eksitasi trafo 2%

Faktor keamanan 5%

dijumlahkan menjadi 26%, Kecuraman setting relai diferensial dihitung

mangacu pada persamaan :

%10010 max

mean

mean

I

IIg ………………………………………………. (2.44)

meanmean III max

Page 28: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

19

2.9. Setting Relay REF

Perhitungan setting relai mengacu pada instruction manual dalam

perhitungan menggunakan hasil perhitungan besar arus hubung singkat satu phasa

ke tanah pada transformator dengan titik netral ditanahkan melalui tahanan

pentanahan titik netral. Selanjutnya hasil perhitungan akan dibandingkan dengan

setting dilapangan. Perhitungan setting mengacu pada persamaan:

IR (setting arus relai) = g % * (I basic setting)……………………………... (2.45)

Sensitifitas sadapan arus primer (Ip):

)( ERP InINI ….………………………………………………… (2.46)

N = Ratio transformato arus yang terpasang

n = jumlah trafo arus yang diparalel

IE = arus magnetansi trafo arus pada 5*Uk

Tegangan knee point (tegangan lutut) (Uk)

SK VV 2

loopCThs

S RRN

maktrafoIV 2* ……………………………...…………… (2.47)

Ihs mak trafo = arus hubung singkat maksimal pada transformator daya

Rct = tahanan belitan sekunder transformator arus

RLoop = tahanan pengawatan dari trafo arus sampai ke relai

Setting tahanan stabilizer relai (RSR)

2R

A

R

SSR I

V

I

VR ………..…………………………………………………… (2.48)

VS = setting tegangan relai

VA = Burden relai

Page 29: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

20

2.10. Daerah Kerja Relay Diferensial dan REF

Gambar 2.10 Daerah pengaman relai diferensial dan REF

Keterangan grafik

A = Persentase arus gangguan terhadap arus beban penuh trafo

B = Persentase jarak gangguan pada kumparan trafo terhadap titik netralnya

C = Persentase perubahan besar arus pada titik netral akibat gangguan phasa ke

tanah pada kumparannya dengan jarak “n%” dari titik bintang

D = Persentase kumparan trafo yang tidak Terproteksi

E = Setting relai REF

F = Daerah kerja relai diferensial

G = Beban dalam keadaan seimbang pada masing-masign phasa trafo

Page 30: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

21

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di PT. PLN ( PERSERO) P3B RJTB SUB REGION

BALI. Penelitian dilaksanakan pada bulan Februari 2016.

3.2 Data

3.2.1 Sumber Data

Sumber data yang digunakan dalam penyusunan Penelitian merupakan

data Sekunder diperoleh dari buku Pedoman Lapangan Perusahaan Listrik

Negara yang berkaitan dengan transformator tenaga dan sistem

pengamanaanya serta buku-buku referensi

3.2.2 Jenis dan Bentuk Data

Jenis data yang digunakan adalah data sekunder berupa data kuantitatif

seperti Single Line Diagram, Data Teknik Relai dan Data Teknik

Tranformator Daya 60 MVA yang didapat dari buku maupun diktat di

Gardu Induk.

3.3 Teknik Pengumpulan Data

Teknik pegumpulan data yang digunakan pada penelitian ini adalah :

- Interview atau wawancara

Pembahasan materi konsultasi dengan pembimbing di lapangan.

sehingga didapatkan hasil yang sama dengan penerapan di lapangan.

- Studi Kepustakaan

Menerapkan teori dalam analisa data sehingga diperoleh kesimpulan yang

lebih akurat.

Page 31: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

22

3.4 Analisis Data

Data yang diperoleh dalam penelitian ini dianalisis secara deskriptif

1. Jenis-jenis dan penyebab gangguan

2. Analisis kerja sistem pengaman

3.5 Alur Analisis

Tidak Ya

Gambar 3.1 Alur Analisis.

Start

Pengumpulan data

Analisia gangguan hubung singkat

Simulasi gangguan pada kumparan trafo dekat titik netral yang tidak terdeteksi oleh relay diferensial

Perhitungan setting relay

Selesai

Apakah Perhitungan sesuai dengan pemasangan ?

Page 32: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

23

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Gangguan Pada Sistem Tenga Listrik.

Gangguan yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik mulai dari pusat

pembangkit, sistem penyaluran, sistem distribusi serta peralatan pada sistem

disebabkan beberapa oleh faktor internal maupun faktor eksternal.. Sistem

pengaman yang didesign harus mampu mengamankan sistem tenaga listrik secara

keseluruhan baik terhadap gangguan yang terjadi didalam area pengamanan

maupun gangguan di luar area pengamanan sistem pengamannya. Transformator

yang merupakan peralatan vital dalam sistem penyaluran daya, harus memiliki

sistem pengaman yang mampu menghidarkan transformator dari gangguan dan

kerusakan sehingga dapat secara kontinyu menyalurkan daya listrik.

4.1.1 Gangguan di Luar daerah pengamanan.

Sebagai pengaman cadangannya. Koordinasi kerja sistem relay yang baik

pada pengaman cadangan dirancang harus mampu mendeteksi secara cepat dan

tepat Gangguan di luar area pengamanan sistem pengaman dapat berupa beban

lebih maupun gangguan hubung. Saat Kondisi bebab lebih relay arus dapat

mendeteksi dan yang memberi indikasi sehingga beban dapat diatur dengan

memanipulasi jaringan. Untuk melokalisr gangguan yang berada diluar daerah

pengamanan internal trafo misalnya: gangguan pada rel atau gangguan pada

saluran keluarnya, maka relay arus lebih dengan waktu tunda bertindak gangguan

terutama terhadap pengamanan daerah berikut yang terkait apabila pengaman

utama transformator tidak bekerja terhadap gangguan seperti diatas.

4.1.2 Gangguan dalam daerah pengamanan.

Pengaman utama transformator daya didesign sebagai pengaman utama

yang terlebih dahulu bekerja apabila terjadi gangguan di dalam daerah

pengamanannya. Gangguan yang terjadi di dalam transformator menimbulkan

Page 33: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

24

arus atau tegangan yang lebih besar dari pada gangguan di luar transformatror

sehingga sering menyebabkan terjadinya kebakaran.

4.1.2.1 Gangguan Listrik

Gangguan ini menyebabkan kerusakan, tetapi harus dapat dideteksi oleh

relay yang bekerja karena adanya arus atau tegangan yang tidak seimbang seperti :

a. Gangguan antar phasa pada sisi primer atau sekunder di terminal luar

(bushing).

b. Gangguan satu phasa atau antar phasa pada lilitan sisi primer atau

sekunder

c. Hubung singkat antar belitan disisi tegangan tinggi atau tegangan rendah.

d. Gangguan tanah pada belitan tersier, atau hubung singkat antar belitan

dililitan tersier.

4.1.2.2 Gangguan bukan oleh listrik

Gangguan ini biasanya diawali oleh gangguan yang kecil, namun secara

lambat akan menimbulkan kerusakan. Gangguan ini tidak dapat dideteksi oleh

sistem pengaman karena tidak adanya ketidakseimbangan tegangan atau arus pada

ujung belitan. Yang termasuk gangguan ini misalnya :

a. Sambungan secara elektris dari konduktor jelek, gangguan inti seperti

tembusnya lapisan isolasi inti, serta baut atau ring klem yang kurang

kencang, akan dapat menimbulkan getaran pada trafo sehingga lambat

laun dapat menimbulkan busur api pada minyak.

b. Gangguan sistem pendinginan, yang menyebabkan terjadi pemanasan

lebih walaupun beban trafo belum mencapai nominal atau lebih.

c. Gangguan dari tap changer, atau pembagian beban yang tidak seimbang

antar phasa pada sisi sekuder transformator sehingga timbul arus melewati

titik netral trafo yang dapat menimbulkan panas pada titik netral

transformator.

Mengingat akibat yang ditimbulkan gangguan tersebut dapat merusak

transformator, maka dipandang perlu transformator sebagai peralatan utama harus

Page 34: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

25

dilengkapi dengan sistem pengaman yang bekerja secara terkoordinasi atau secara

bertingkat dalam melokalisir gangguan baik berfungsi sebagai pengaman utama

maupun sebagai pengaman cadangan.

4.2 Gangguan Hubung Singkat

4.2.1 Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah dengan Titik Netral

Dihubungkan Dengan NGR 40 Ohm.

Gambar 4.1 Rangkaian saat Hubung Singkat satu phasa ke tanah pada bus 20 kV

Keterangan

Z1s : impedansi urutan positif sumber

Z2s : impedansi urutan negatif sumber

Z0s : impedansi urutan nol sumber

Z1T : impedansi urutan positif transformator

Z2T : impedansi urutan negatif transformator

Z0TP : impedansi urutan nol transformator sisi primer

Z0TS : impedansi urutan nol belitan tersier sisi sekunder

Z0TT : impedansi urutan nol belitan tersier

Zf : impedansi gangguan

Perhitungan ini menggunakan dasar:

MVA dasar 60 MVA sama dengan daya nominal transformator, Tegangan dasar :

(kVLL) adalah 20 kV ( tegangan sekunder transformator) maka :

Tegangan Dasar (kVLL) sama dengan (Ea) = 1,0 pu

Arus hubung singkat Transformator (His): 6,93 kA

Page 35: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

26

Perhitungan arus hubung singkat satu fasa ke tanah pada transformator yang titik

netralnya menggunakan tahanan pentanahan NGR 40 Ohm. Seperti pembahasan

4.4 dan sesuai dengan Gb. 4.1 maka :

pujpuZ S 250.06667.6

67.1)(

Z1s=Z2s=Z0s=Zs= j0,250 pu sehingga

Impedansi Transformator (ZT) = j0,250 pu

ZT= Z1T = Z2T = Z0T

Z1TP = Z1TS = 0.5 * Z1T = j 0.125 pu

Z2TP = Z2TS = 0.5 * Z2T = j 0.125 pu

Z0TP = Z0TS = 0.5 * Z0T = j 0.125 pu

Z0TT = 10 * Z1T = j1.25 pu

ZNGR (ZN) = 40 + j0

Z1K = 0.0079 + j0.0094Ω

Z0K = 6667.6

0094.00079.0 j= 0.00118 + j0.0014 pu

Z1K = Z2K

Z0K = 3*Z1K = 0.0054 + j0.0063 pu

Impedansi urutan positif menjadi:

Z1 = Z1K = Z1T = Z1K

= j0.250 + j0.250 + 0.00118 + j0.0014 pu

Z1 = 0.00118 + j0.5014 pu

Impedansi urutan negatif menjadi:

Z2=Z1=0.00118 + j0.5014 pu

Z0TT = 10*Z1T

Z0TT = 10 Z1T = j1.25 pu

Untuk gangguan di rel 20 kV karena dekat dengan transformator maka impedansi:

nKTS

TTTP

TTTPS ZZZZZZ

ZZZZ 300

000

0000

Page 36: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

27

18)0014.000118.0(125.0

250.1125.0250.0

250.1125.0250.00

jjjjj

jjjZ

= j 0,2885 + j 0,125 + 0,00118 + j 0,0014 + 18

= 18.00118 + j0.4149 pu

Gangguan (ZT) diasumsikan sama dengan nol

Dari persamaan (2.15-2.27) diperoleh:

f

aa ZZZZ

EI

.30211

0)2296.000118.18()5014.000118.0()5014.000118.0(

00.11 jjjj

pujI a

pujj

pujI a 00096.0055.0

2324.10035.18

00.11

Ia = 3*Ia1

Ia = 3*( 00096.0055.0 j ) pu

Ia = 0.165 – j0.00288 pu

111 * ZIEV aaa

= 1.0 – [(0.055 – j 0.00096 )* (0,00118 + j 0,5014)]

= 1.0 – (0.0000407 – j 0.0275 ) = 0.9995 – j 0.0275 pu

222 * ZIV aa = – [(0.055 – j 0.00096 )* (0,00118 + j 0,5014)]

= 0.0000407 + j 0.0275 pu

000 * ZIV aa

= – [(0.055 – j 0.00096 )* (18,00118 + j 0,2296)]

= - 0.9895 + j 0.0297 pu

021 aaaa VVVV

= 0.9995 – j 0.0275 + 0.0000407 + j 0.0275 + (- 0.9895 + j 0.0297)

= 0. 0095 + j 0.00756

0212

aaab VaVVaV

= ( -0.5-j0.866)2 * (0.9995 – j 0.0275) + ( -0.5-j0.866) * (0.0000407 + j

0.0275)

+ (- 0.9895 + j 0.0297)

Page 37: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

28

= - 1.488 - j 0.808

022

1 aaac VVaaVV

= ( -0.5-j0.866) * (0.9995 – j 0.0275) + ( -0.5-j0.866)2) * (0.0000407 + j

0.0275)

+ (- 0.9895 + j 0.0297)

= - 1.488 + j 0.808 pu

baab VVV

= 0. 0095 + j 0.02750 - (- 1.488 - j 0.808) = 1.4975 + j 0.8087 pu

= 1.702 37.28 pu

cbbc VVV

= (-1.488 - j 0.808) - (-1.488 + j 0.808)

= - j 1.616 pu = 1.616 90 pu

acca VVV

= (-1.488 + j 0.808) – 0. 0095 + j 0.0275 = 1.4785 + j 0.8072 pu

= 1.68 63.28 pu

Dikembalikan ke satuan sebenarnya maka:

Vab = 1.702*20kV* 28.370o pu = 34.04 kV 28.370o

Vbc = 1.616*20 kV 90 pu = 32.32 kV 90

Vca = 1.68*20 kV 63.28 pu = 33.6 kV 63.28

Ia1 = I (pu)*Idasar (A)

= 0.11 – j0.0089 pu*1732

= 0.11036 - 4.6o*1732 = 191.14 - 4.6o Ampere

Besar arus ke tanah (Ia) adalah :

Ia = 3*Ia1

Ia = 3*(0.11-j0.0089) pu

0,331 -4,6o*1732 A

Ia = 573,3 -4,6o A

Jadi besar arus gangguan satu phasa ke tanah saat terjadi gangguan pada busbar

sekunder transformastor adalah 573.3 A. Besar arus tersebut sama artinya dengan

Page 38: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

29

besar arus gangguan satu phasa ke tanah yang terjadi pada 100 % lilitan sekunder

transformator.

4.3. Simulasi Gangguan pada Belitan Transformator

Secara umum besar arus keluaran / out going transformator adalah

0II a

120IIb

120IIb

Maka :

Arus Total ketiga phasaanya adalah :

IT = Ia + Ib + Ic adalah sama dengan 0 ( Nol )

Pada kondisi tertentu pada lilitan salah satu phasanya ( misal pada phasa “a”

terjadi gangguan pada 65 % lilitannya ), maka

fIX

Ia *100

55.37423.573*100

65 AIa Ampere

Sedangkan besar arus pada phasa yang tidak mengalami ganguan adalah 0 ( Nol

), berarti :

Ib = Ic = 0

Hal ini menunjukkan bahwa gangguan satu fasa ke tanah yang terjadi pada

65 % pada lilitan fasa “a “ , menyebabkan In0 tidak sama dengan nol atau ada

arus gangguan yang mengalir nenuju titik netral transformator sebesar 374.55A

4.4 Setting Relai REF

Sesuai instruction manual MDBO4005-EN dan buku petunjuk operasional relai

MCAG, untuk menentukan setting relai REF diperlukan data sebagai berikut:

Spesifikasi data teknik relai :

Ratio transformator arus terpasang (N) : 1500/5 A

Resistansi kumparan sekunder transformator arus(RCT2) : 3,0 Ohm

Arus magnetisasi transformator arus pada VK/2 (IE) : 1 OOmA

Page 39: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

30

Jumlah transformator arus yang diparalel (n) : 4

Resistansi Loop (2 RL) : 2,5 Ohm

Power (burden)nilai REF : 1,0 VA

Resistansi ekstemal relai : 1,5 kilo Ohm

Buku petunjuk operasional setting relai 1IVIDBO4005-EN menyebutkan bahwa

Setting sensitivitas normal pengaman transformator (g) = 20% atau (g) = 0.2

Maka Setting (g) dihitung sebagai berikut:

Rasio transformator arus sekunder adalah

Dan perhitungan basic setting diperoleh:

IR = 23,8 % dari 1 Ampere = 0,238 Ampere atau 238 mA

Sesuai persamaan (3.20-3.22)

Setting tegangan minimum: Vs

Page 40: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

31

Tegangan knee point atau tegangan titik jenuh (tegangan lutut) VK:

Perhitungan nilai tahanan stabilizer relai REF:

Jadi nilai tahanan stabilizer (RST)relai REF sesuai perhitungan adalah 516 Ohm

4.4.1. Relai REF Terpasang

Fasilitas basic setting yang ada pada relay REF ( model MCAG - 14C 1BB0005B

) sesuai dengan spesifikasi data teknis relay terpasang adalah:

Is = 0.1 , 1.5 , 0.2 , 0.25 , 0.3 , 0.35 , .0.4 A

Frekuensi: 50 Hz

Ip= 180A

Vs= 127 Volt

Relai disetting pada arus (IR) : 0,2 A

Dengan tahanan stabilizer (Vs) : 610 Ohm

Sesuai perhitungan didapatkan sitting relai REF “ IR” 0,238 Ampere.Setting arus

relai REF terpasang “IR” = 0,2 Ampere. Terjadinya perbedaan nilai setting REF

antara hasil perhitungan dengan yang terpasang di lapangan, karena terbatasnya

fasilitas setting pada relai tersebut. Sehingga setting yang ada mengacu pada basic

setting normal transformator (g = 0,2) berpedoman pada buku petunjuk setting

relai 1 MDB 04005-EN ABB, dengan demikian setting relai diatas adalah benar.

Agar lebih mudah dalam pembacaannya, hasil perhitungan pada pembahasan

setting relai REF pada point 4.4. dan 4.4.1 selanjutnya akan dituangkan dalam

tabel 4.1 di bawah ini:

Page 41: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

32

Tabel 4.1 Perbandingan setting relai REF hasil perhitungan dengan terpasang

supaya lebih mudah memahami daerah kerja relai REF sesuai setting yang

terpasang,maka dapat dituangkan dalam gambar 4.3 di bawah mi:

4.5 Setting Relai Diferensial dan Relai Arus Lebih ke Tanah

4.5.1 Setting Relai Deferensial

• Relai deferensial type :DIN 920

• Transformator daya :6OMVA

• Vektor Group :YN ynO

• Ui (tegangan sisi primer) :20 kV

• U2 (tegangan sisi sekunder) :150kV

Page 42: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

33

• Besar arus primer pada tap 1 :136A

• Besar arus primer pada tap 18 :105 A

• I1 (Arus sisi primer) :116A

• I2 (Arus pada sisi sekunder) : 1732 A

Data transformator arus:

• Transformator arus sisi primer (CT1) :200/1 A

• Transformator arus sisi sekunder (CT2) :1500/5 A

Untuk transformator daya dengan vektor group YNynO dengan riilai defemsial

type DTN 920 berlaku tabel 4.1 untuk persyaratan pemasukan vektor group pada

relai. Sesuai buku: 1 MDB 04005-EN ABB settimh relai defferensial sebagai

berikut:

T1 (sisi primer) = 5

T2 (sisi sekunder) 5

Arus sekunder pada transformator arus:

Perhitungan amplitude macthing sisi primer (Ti) dan sisi sekunder (T2) sebagai

berikut:

Dan tabel 2 terlihat macthing T1 pada switch 1 = 1,6 dan switch 2 = 0,12 Dengan

demikian matching T1 pada posisi : TV dan IV

Page 43: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

34

matching T2: switch 1 = 1,6 dan switch 2 = 0,12 Dengan demikian matching T2

pada posisi : IV dan IV, maka

Perhitungan slup(kecuraman) relai deferensial (g) sebagai berikut:

Slup/kecuraman merupakan batas tingkat sensitivitas dimana relai defferensial

mulai merasakan adanya arus gangguan akibat ketidakseimbangan perbandingan

arus primer dengan sisi sekunder transformator daya:

Slup/kecuraman bisa dinotasikan dengan (g) dengan satuan persen (%)

Imean = besar arus rata-rata pada kumparan primer trafo

Imax = besar arus pada kumparan primer saat tap trafo tertinggi

Imin = besar arus pada kumparan primer saat tap trafo terendah

10 % = merupakan tingkat keamanan saat terjadi arus magnetisasi pada trafo pada

saat posisi tap charger tertinggi.

5 % = untuk faktor keamanan dengan memperhitungkan kesalahan CT dan burgen

relai

Setting/kecuraman 30 % mengacu pada saat trafo berbeban penuh. Dengan

demikian jika terjadi kemiringan arus sebesar 30 %*In (arus nominal

transformator tenaga), maka akan dirasakan oleh relai diferensial dan selanjutnya

secara seketika relai memerintahkan PMT trafo lepas (trip). Seperti yang dapat

kita lihat pada gambar 4.4 berikut:

Page 44: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

35

Gambar 4.4 Daerah kerja relai deferensial

Keterangan gambar 4.4:

a. Daerah gangguan yang terdeteksi oleh relai defferensial

b. Daerah gangguan yang kurang terdeteksi oleh relai defferensial

c. Titik netral transformator

Tapi jika kemiringan arus tersebut di bawah 30 % I transformator maka relai

defferensial belum dapat bekerja karena belum dapat mencapai daerah pick upnya.

Walaupun relai merasakan ada gangguan pada daerah pengamannya.

Gambar 4.5 Rangkaian pengganti sebuah trafo tenaga

Ip Besar ants sisi primer trafo saat terjadi gangguan pada belitan sekunder trafo

pada X % dari netral sekundernya.

IF = Besar ants gangguan internal trafo pada sisi sekunder.

IL = Besar ants menuju ke beban.

87 = Relai defferensial.

Page 45: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

36

maka setting relai defferensial sesuai perhitungan didapat bahwa setting relai

diffrential Iset = 30 % * I0 sehingga besar setting sisi primer adalah Iset = 34,8 A

saat Iprimer = 116 A dan .relai disetting Iset = 519.6 A saat Isekunder = 1732 A:

4.5.2 Setting Relai Arus Lebih ke Tanah Titik Netral Sekunder

Tujuan dipasangnya relai mi adalah sebagai pengaman cadangan bagi relai ants

lebih ke tanah yang terpasang pada PMT 20 kV Incoming Trnsformator. Biasanya

untuk Setting relai mi terutama pada setting waktunya lebih lambat dan setting

waktu tunda relai ants lebth ke tanah padapenyulang dan incoming.

Data-data yang diperlukan untuk setting relai Arus lebth ke tanah pada titik netral:

Rasio Trafo arus NGR: 1500/5 A.

Arus nominal relai : I = 1 A = (1/5) x 1500 300A sisi sekunder.

Basic setting normal “g” = 20 %

If = 286,7 (berdasarkan perhitungan hubung singkat satu phasa ke tanah).

Besar arus gangguan satu phasa ke tanah sesuai perhitungan = 286,7 A

Isek.CT In = (286,7*5)/1500 = 0,956 A

Isetting = g * In

Isek.CT = 0,2* In

= 0,2 * 0,956

= 0,191 A

Di kembalikan ke satuan sebenarnya maka :

= 54,82 Ampere primer.

4.5.2.1 Seiting Relai Arus Lebih Terpasang

Diasumsikankan arus gangguan satu phasa ke tanah = 300 A

Isek.CT = In =1 A

Isetting =g *In

Isek.CT =0,2*In

= 0,2 * 1 = 0,2 Ampere

= ± 60 Ampere primer.

Xt (Time multiplier setting relai) = 1,0

Page 46: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

37

Kurva waktu devinit time = 8 detik.

Untuk lebth jelasnya maka hasil perhitungan setting relai ants lebih ke tanah titik

netral sesuai pembahasan 4.5.1.1 dan 4.5.1.2 dapat dituangkan dalam tabel 4.2

sebagai berikut:

Tabel 4.2 Perbandingan setting relai arus lebih ke tanah titik netral sekunder (NS5 1)

hasil perhitungan dengan yang terpasang

Daerah kerja relai arus ke tanah pada titik netral sesuai setting yang terpasang

dituangkan dalam gambar 4.6:

Gambar 4.6 Daerah kerja relai ems lebih ke tanah titik netral

4.6 Perbandingan Setting REF Hasil Perhitungan dengan Terpasang

Tujuan membandingkan setting relai pengaman transformator berdasarkan hasil

perhitungan dengan yang terpasang dilapangan adalah untuk mengetahui seberapa

besarkah perbedaan tersebut, dan juga seberapa jauhkah pengaruh perbedaan

Page 47: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

38

tersebut jika diterapkan dilapangan terhadap keandalan sistem pengaman

transformator yang dianalisis.

a. Setting relai terpasang

• Diperhitungkan besar arus gangguan 1 phasa ke tanah 300 A

• Setting arus pada relai (Ii) = 0,2 A

b. Setting tahan stabiliser (RsT) = 610 Ohm

• Tegangan kerja minimum (Vs) = 127 Volt b. Setting relai berdasarkan

perhitungan

• Arus gangguan sam phasa ke tanah sesuai perhitungan = 286,7 Ampere

• Setting arus pada relai (Ir) = 0,23 8 A

• Setting tahan stabiliser (RsT) = 6516 Ohm

• Tegangan kerja minimum sesuai perhitungan (Vs) = 127,05 Volt

Perbedaan Setting relai REF antara hasil perhitungan dengan yang terpasang

terjadi karena:

a. Fasilitas range setting yang tercantum pada relai REF adalah : ‘s = 0,1. 0,15

.0,2. 0,25 . 0,3 . 0,35 . 0,4 Ampere.

b. Nilai setting sesuai perhitungan tidak terdapat pada fasilitas setting maka

setting relai mengacu pada basic settimg normal (g) yaitu: 20 % * 1 0,2

Ampere tujuannya adalah agar sensitivitas relai menjadi baik.

Perbedaan perbandingan setting REF antara perhitungan dengan yang terpasang

memiliki perbedaan ± 16% dan setting maksimum yang ada adalah sesuai.

4.6.1 Perbandingan setting relai arus lebih ke tanah pada titik netral

sekunder hasil perhitungan dengan terpasang

a. Setting relai terpasang

• Dalam hal mi arus gangguan 1 phasa ke tanah diperhitungkan 300 A

• In relai = 1 A

• Iset = 0,2 A (=60 A primer)

• Kurva waktu tunda = 8 detik

b. Setting relai arus lebth ke tanah berdasarkan perhitungan

• Arus gangguan atu phasa ke tanah sesuai perhitungan = 286,7 A

Page 48: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

39

• Isek CT = In =O,956A

• Iset = 0,191 A (54,82 A primer)

Perbedaan setting relai arus lebth satu phasa ke tanah antara hasil perhitungan

dengan yang terpasang adalah ± 4,7%. Terjadinya hal tersebut karena:

• Hasil analisis perhitungan arus hubung singkat satu phasa ke tanah sebesar:

286,7 Ampere, sedangkan setting relai yang terpasang memperhitungkan besar

arus gangguan sam phasa ke tanah adalah sebedar 300 Ampere.

• Pertimnbangan besar arus gangguan sebesar 300 Ampere karena tegangan

saluran disisi sekunder transformatomya bervariasi antara 20 hingga 20, 5kV.

Karena perbedaan nilai setting antara perhitungan dengan yang terpasang tidak

terlalu jauh, maka setting relai yang terpasang adalah benar.

4.6.2 Perbandmgan kecepatan kerja relai REF dengan relai defferensial pada

sisi sekunder transformator

Ditinjau dari setting arusnya:

• Besar arus gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah maksimum

diperhitungkan sebesar 300 A.

• Relai defferensial disetting pada sensitivitas 30 % * I trafo = 259,8 A.

• Relai REF disetting pada sensitivitas arus primer = 191,4 A sesuai

perhitungan dengan arus setting pada relai = 0,23 8 A pada tegangan kerja

minimum = 127,05 V.

• Kalau dibandingkan dengan besar arus gangguan satu phasa ke tanah

maksimum, maka relai defferensial akan bekerja pada titik gangguan

>87% belitan transformator.

• Kalau dibangdingakan dengan besar arus gangguan 1 phasa ke tanah

maksimum, maka relai REF akan bekerja pada saat gangguan satu phasa ke

tanah internal transformator terjadi pada titik gangguan 60% belitan

transformator.

Melihat perbandingan di atas maka dapat dinyatakan relai REF akan lebih dahulu

bekerja dari pada relai defferensial untuk mengamankan gangguan satu phasa

ke tanah internal belitan transformator daerah tertentu. Untuk jelasnya maka

Page 49: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

40

koordinasi kerja antara relai defferensial dan relai REF dapat dituangkan

dalam tabel 4.10 di bawah ini:

Tabel 4.3 Perkiraan % belitan yang terganggu dan titik netral transformator serta

daerah kerja relai REF dan defferensial diihat dan peningkatan arus gangguan sesuai

setting terpasang.

4.6.3 Perbandingan kecepatan bekerja relai REF dengan relai arus Iebih satu

phasa ke tanah titik netral sekunder transformator

• Relai REF disetting pada besar arus gangguan satu phasa ke tanah = 0,2 A

(180 Ampere primer) tanpa waktu tunda.

• Relai arus lebih satu phasa ke tanah titik netral sekunder transformator

disetting pada besar arus gangguan sath phasa ke tanah = 0,2 A (60Ampere

primer) dengan waktu tunda “Td” = 8 detik. Melihat perbandingan di atas,

pada saat terjadi gangguan internal 1 phasa ke tanah pada transformator

dengan arus gangguan pada titik netral> 60A maka relai REF dan relai arus

lebih satu phasa ke tanah titik netral sekunder sama-sama merasakan

gangguan. Namun, relai REF akan lebih dahulu bekerja karena disetting

dengan tanpa waktu tunda. Sedangkan relai arus lebih satu phasa ke tanah titik

netral sekunder disetting dengan waktu tunda selama 8 detik.

Page 50: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

41

4.7 Koordinsi Kerja Relai Pengaman Transformator

Gambar 4.7. Sistem Pengaman Transformator

Keterangan gambar 4.7

1. Relai over current primer

2. Relai over current sekunder

3. Relai deferensial

4. Relai over current netral primer

5. Relai over current netral sekunder

6. Relai REF sekunder trafo

7. Relai REF primer trafo

8. Tahanari pentanahan titik netral sekunder

9. Trafo tenaga

10. Trafo arus sisi primer

11. Trafo arus sisi sekunder

12. Trafo arus titik netral sekunder

Page 51: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

42

13. Trafo arus titik netral primer

14. PMT primer (150 kV)

15. PMT sekunder (20 kV)

16. --------------jalur perintah oleh relai

17. --------------jalur instalasi relai

Untuk menjaga kontinuitas kerja trnsformator tenaga, perlu dilengkapi dengan

sistem pengaman yang berlapis dan terkoordinasi antara yang sath dengan

yang lain agar sistem pengaman dapat bekerja secara optimal sebagai

pengaman transformator tenaga. Seperti yang telah ditunjukkan pada gambar

4.8 dapat dijelaskan koordinasi kerja sistem pengaman sebagai berikut:

Gambar 4.8 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada beban

• Jika terjadi gangguan satu phasa ke tanah seperti gambar 4.8 di atas, selama

terjadi gangguan besar arus gangguan dirasakan oleh semua relai pengaman

gangguan phasa ke tanah pada sistem pengaman transformator kecuali relai

REF dan relai defferensial. Tetapi yang bekerja terlebih dahulu adalah relai

arus lebih ke tanah pada penyulang dengan demikian nagian tang padam tidak

meluas.

Gambar 4.9 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada rel 20 kV

• Jika terjadi gangguan sath phasa ke tanah di rel 20 kV (rel sekunder) seperti

gambar 4.9 di atas,selama gangguan berlangsaung besar arus gangguan dirasakan

oleh semua sistem pengaman gangguan phasa ke tanah pada transfonnator kecuali

relai REF dan relai defferensial. Tetapi yang hams bekerja mengamankan

Page 52: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

43

gangguan tersebut adalah relai arus lebih ke tanah pada rel (incoming 20 kV)

dengan demikian titik gangguan dengan cepat akan dideteksi dan akibat gangguan

tidak meluas.

Gambar 4.10 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada kabel 20 kV

• Jika gangguan satu phasa ke tanah terjadi seperti gambar 4.10 di atas, gangguan

terjadi pada kabel saluran antara sekunder transfomiator dengan reT 20 kV.

Selama gangguan berlangsung, besar arus gangguan dirasakan oleh semua relai

pengaman gangguan phasa ke tanah transformator, dan gangguan juga dirasakan

oleh relai REF dan relai defferensial. Tetapi, yang hams mengamankan gangguan

dalam hal mi adalah relai deferensial dan relai REF, karena kedua relai tersebut

sama-sama mencapai pick up dan tanpa waktu tunda. Sedangkan rel pengaman

menunggu waktu tunda sesuai yang disetting .

Gambar 4.11.Rangkaian satu garis transformator gangguan pada belitan sekunder

Jika ganggauan satu phasa ke tanah terjadi pada internal transformator seperti

pada gambar 4.11 di atas, dalam hal mi gangguan diasumsikan terjadi pada

belitan sekunder transformator. Maka yang nerasakan arus gangguan tersebut

adalah relai defferensial, relai arus lebih ke tanah path titik netral transformator,

relai REF netral sekunder, jika gangguan berada pada 80 % belitan

transformator dari titik netral, maka yang pertama merasakan adalah relai

Page 53: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

44

defferensial dan relai REF. Sedangkan relai arus lebih ke tanah titik netral

walaupun sudah mencapai pick up, namun harus menunggu sampai waktu tunda

yang disetel padanya tercapai.Tetapi jika gangguan terjadi pada daerah 80 %

belitan transformator maka yang hams terlebth dahulu bekerja mengamankan

gangguan adalah relai REF, kemungkinan relai defferensial merasakan terjadi

gangguan namunbelum mencapai pada daerah setting kerjanya. Sedangkan relai

pengaman arus lebih ke tanah walaupun mencapai pick up, tapi masih

menunggu sesuai dengan waktu tunda yang disetel padanya.

Gambar 4.12 Rangkaian satu garis transformator gangguan pada belitan primer.

Jika melihat gambar 4.12, gangguan sath phasa ke tanah terjadi pada

transformator sisi primer maka arus gangguan akan dirasakan oleh relai

defferensial dan relai REF netral primer. Melihat kejadiannya, yang pertama

bekerja mengamankan gangguan adalah relay deferensial karena gangguan terjadi

di daerah pengamanannya Supaya lebih mudah memahami koordinasi kerja sistem

pengaman trafo seperti penjelasan gambar di atas . kronologis koordinasi kerja

relai pengaman dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.4 Koordinasi kerja relai pengaman transformator untuk mengamankan

gangguan sath phasa ke tanah internal transformator.

Page 54: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

45

Keterangan tabel 4.3:

S 51 G : relai arus lebih ke tanah untuk rek 20 kV

NS 51 G : relai arus lebth ke tanah untuk titik netral sekunder transformator

87 : relai deferenia1 transformator

87 NS : relai deferensial netral sekunder transformator

87 NP : relai deferensial netral primer transformator

• : relai yang bekerjamengamankan gangguan yang terjadi

O : relai merasakan ada gangguan tetapi belum bekerja

o : relai tidak merasakan adanya gangguan yang terjadi

Tabel 4.4 dapat dijabarkan dalam single line diagram sistem pengaman trafo

dengan koordinasi sistem pengaman seperti pada gambar 4.13 di bawah:

Gambar 4.13 Single line diagram sistem pengaman transformator

Keterangan gambar 4.13

1. Daerah kerja relai 51 dan 51 G penyulang.

2. Daerah kerja relai 51 dan 51 G incoming untuk pengaman rel 20 kV

3. Daerah kerja relai NS 51 dan 87 NS

4. Daerah kerja relai P 51, 87 NP

5. Daerah kerja relai defferensial transformator.

Selanjutnya setting arus dan waktu kerja masing-masing relai pengaman

transformator seperti yang terlihat pada gambar 4.13 di atas dapat dituangkan

dalam bentuk tabel seperti pada tabel di bawah mi:

Page 55: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

46

Tabel 4.5 Koordinasi kerja relai sesuai setting yang terpasang

Keterangan :

I> (OCR) : relai pengganti gangguan phasa-phasa

lo> (OCGR) : relai pengaman gangguan satu phasa ke tanah

REF : relai restieted earth foult

Defferensial : relai defferensial

I set : setting arus kerja relai tersebut (Ampere)

Td : setting waktu tunda yang disetel pada relai tersebut

Page 56: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

47

BAB V

PENUTUP

5.1 Simpulan

Dari hasil pembahasan, maka dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut :

1. Mengingat pentingnya fungsi transformator tenaga yang merupakan salah

satu peralatan vital di dalam proses penyaluran tenaga listrik, maka dalam

merencanakan sistem pengaman transformator diperlukan koordinasi relay

pengaman yang memenuhi kriteria sistem pengaman ( Selektif, Cepat dan

sensitif ).

2. Sensitivitas relay diferensial sangat kurang saat mengamankan gangguan

Hubung singkat pada lokasi 60 % lilitan transformator maka relay REF

akan bekerja lebih cepat mendeteksi ganguan. REF di setting pada daerah

sensitivitas primer dengan arus sebesar 191,4 A. Sedangkan relay

diffrensial di setting pada daerah sensitivitas primer dengan arus sebesar

258.9 A supaya relay tidask terlalu sensitiv terhadap gangguan hubung

singkat antar phasanya.

3. Koordinasi kerja antara relay REF dengan relay narus lebih tanah saat

mendeteksi gangguan Hubung singkat pada lokasi 60 % lilitan

transformator maka relay REF akan bekerja lebih cepat mendeteksi

ganguan. REF di setting tanpa waktu tunda sedangkan relay arus lebih

tanah lebih fokus ke gangguan arus lebih di titik netral transformator

5.2 Saran

Mengingat pentingnya sistem pengaman dan sistem kontrol kelistrikan

dalam melindungi peralatan penting pada sistem, maka sebaiknya seluruh

transformastor Tenaga di Gardu Induk dilengkapi dengan relay REF

Page 57: KOORDINASI SISTEM PENGAMAN TRANSFORMATOR DAYA …

48

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar,S. K.1994. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta :

Gramedia Jilid II

Arismunandar,S. K.1994. Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta :

Gramedia Jilid III

Arismunandar,S. K.1994. Teknik Tegangan tinggi. Jakarta : Gramedia.

Berahim, H. 1994. Pengantar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta : PT. Andi

Offset.

Hamma. Mengoperasikan Gardu Induk. Elektro Indonesia. hal 20 jilid 39/2001

Hutauruk. 1987. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan

Peralatan. Jakarta : Erlangga.

PT PLN. Buku Petunjuk Pengoperasian Gardu Induk.jakarta

Titarenko. 1977. Protective Relaying in Electric Power Sistem. Moscow : Peace

Publisher.

Zuhal. 1990. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: PT.

Gramedia