Komponen Harmonik Arus Inrush pada Transformator Lama Terjadinya Arus Inrush

Dimana : N : Jumlah belitan darimana trafo dienergizeprimer Aw : Luas yang dibentuk belitan πd4 2 m Hw : Tinggi belitan primer m f : Frekuensi 50hz Energizeswitching pada transformator yang menyebabkan terjadinya perubahan kondisi fluks seketika dan menyebabkan mengalirnya arus magnetisasi yang besar yang mempunyai bentuk tertentu karena arus magnetisasi tidak dapat secara langsung mencapai bentuk gelombang normal steady state. Pada saat pemasukan Transformator berbeban ataupun tanpa beban merupakan perubahan fluksi seketika sehingga akan terjadi gejala inrush mangnetisasi tersebut, yang akibatnya ada arus inrush yang nilainya pada sisi primer tidak ekivalen dengan sisi sekunder, dan pada saat inilah arus inrush terbesar.

II.8.6 Komponen Harmonik Arus Inrush pada Transformator

Seperti yang yang telah diuraikan pada bagian sebelumnya, arus yang keluar dari transformator mengandung harmonik ketiga. Harmonik ketiga merupakan komponen harmonik ganjil yang paling besar, yang nilainya 40 sampai 50 dari ekivalen gelombang sinus arus yang keluar. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.17 Tegangan dan Komponen Harmonik saat Transformator Energize Jika fluks dalam rangkaian magnet transformator adalah sinusoidal, arus yang keluar akan mengandung komponen harmonik ketiga. Jika komponen ini tidak mengalir karena transformator atau hubungan sistem, fluks akan mengandung komponen harmonik ketiga. Fluks yang mempunyai harmonik ketiga ini akan masuk ke lilitan, menginduksi harmonik ketiga tegangan dalam lilitan transformator. Harmonik arus menyebabkan peningkatan rugi - rugi tembaga dan rugi - rugi fluks sedangkan harmonik tegangan menyebabkan peningkatan rugi - rugi inti besi. Selain itu harmonik pada transformator akan menyebabkan transformator mengalami saturasikejenuhan. Selain arus inrush tersebut dapat menyebabkan kegagalan kerja proteksi pada Transformator, arus inrush ini juga membawa komponen harmonik. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.18 Tegangan dan Komponen Harmonik saat Transformator Saturasi

II.8.7 Lama Terjadinya Arus Inrush

Pada instalasi normal transformator, fenomena terjadinya arus inrush harus diperhatikan untuk memilih sistem proteksi yang tepat. Setelah menghitung nilai arus inrush maksimum selanjutnya dapat kita tentukan kira – kira berapa lama waktu terjadinya arus inrush dan berapa lama tundaan waktu minimum untuk kerja relay saat terjadinya arus inrush tersebut. Dalam menentukanmemperkirakan berapa lama waktu terjadinya arus inrush pada transformator MVLV dapat menggunakan Tabel 3.1 yang nantinya akan dipergunakan untuk menentukan waktu tunda minimum minimum delay time untuk menghindari trip bekerjanya alat proteksi. Dari Tabel 3.1 dapat kita lihat bahwa semakin besar kapasitas trafo nilai τ inrush s semakin besar. Akan tetapi untuk mendapatkan perkiraan waktu tunda minimum selama arus inrush tersebut kita harus membandingkan nilai setting relay terhadap nilai arus puncak inrush. Selanjutnya nilai perbandingan tersebut kita lihat pada kurva untuk menentukan tundaan minimum waktu kerja pengaman. Universitas Sumatera Utara Daya KVA τ inrush s 200 0.15 250 0.18 315 0.2 400 –500 0.25 630 0.26 800-1000 0.3 1250 0.35 1600 0.4 2000 0.4 Tabel 3.1. Nilai τ inrush s untuk Transformator Distribusi Apabila nilai setting proteksi adalah Ir’ dan nilai arus inrush maksimum Ipinrush maka hasil nilai perbandingan antara nilai setting proteksi dengan nilai arus inrush maximum inrush Ip Ir dapat dipergunakan untuk mendapatkan nilai perbandingan minimum waktu tunda alat proteksi terhadap waktu terjadinya τinrush s maka kita lihat titik inrush tr τ dari grafik pada Gambar 3.7. Universitas Sumatera Utara Gambar2.19 Grafik perbandingan inrush Ip Ir terhadap inrush tr τ Universitas Sumatera Utara BAB III

III. 1. METODE SEQUENTIAL PHASE ENERGIZATION

Arus inrush adalah arus transient yang mungkin terjadi ketika transformator yang tidak berbeban atau berbeban ringan diberi energy yang besar. Amplitudo dan bentuk lonjakan arus tergantung pada beberapa faktor seperti perpindahan waktu, fluks remanen, impedansi sistem dari transformator yang dienergized dan lain-lain. Karena besarnya arus ini tinggi dan dapat mencapai arus hubung singkat, banyak penelitian telah dilakukan untuk menilai dan membatasi amplitudo dan dampak dari arus inrush. Sifat nonlinier transformator selama kondisi transien dan tidak seimbang seperti arus inrush disimulasikan dengan model matematika terpisah antara rangkaian ekivalen magnet dan listrik dan kemudian model matematis nonlinier diselesaikan dengan metode ineratif Newton-Raphson. Untuk simulasi arus magnetisasi, adalah dengan mengembangkan struktur parameter dari transformator. Untuk pemodelan inti inti transformator termasuk sifat hysteresis, dapat menggunakan teori Jiles-Atherton dengan parameter variabel. Suatu teknik komputasi yang digunakan untuk menghitung Lonjakan arus pada kondisi berbagai switching dan efek dari beberapa parameter seperti perpindahan sudut, energi impedansi sirkuit dan fluks remanen pada karakteristik arus masuk dibahas. Sebuah celah udara virtual yang setara ketebalan bervariasi dalam fungsi parameter dikendalikan untuk mengurangi lonjakan arus dalam sebuah transformator satu fasa. Distribusi kumparan berubah untuk membatasi arus masuk dengan pengaturan tegangan yang sesuai dan arus hubung singkat. Salah satu uasaha untuk mengurangi arus inrush adalah dengan menggunakan metode Sequential Phase Energization. Secara sederhana, metode ini dapat digambarkan dengan pross energisasi yang mempunyai selang waktu time delay antara masing-masing phasa transformator A, B, C dimana pada kawat netral dari belitan primer transformator Universitas Sumatera Utara ditambahkan tahanan yang berfungsi sebagai peredam. Metode ini tergolong baru dan sederhana, Pada Tugas Akhir ini, untuk memudahkan analisa pengaruh metode Sequential Phase Energization terhadap arus inrush maka dibuat pemodelan dan simulasi dengan software Alternative Transient Program-Electromagnetic Transient Program ATP-EMTP. Untuk memodelkan transformator digunakan parameter- parameter dan data-data transformator daya Gardu Induk Beberapa metode untuk mengatasi permasalahan arus inrush telah ditawarkan dimana salah satunya adalah metode Sequential Phase Energization. Metode ini menerapkan skema yang menggunakan tahanan pada belitan netral transformator dan energisasi berselang di antara tiap fasanya. Ide dasar dari metode ini adalah peredaman arus inrush menggunakan tahanan pada belitan netral. Hal ini berdasarkan fakta bahwa nilai arus inrush selalu tidak seimbang di antara tiap fasa. Ide ini kemudian dikembangkan dengan menerapkan energisasi berselang di antara tiap fasa. Unjuk kerja dan karakteristik dari metode ini telah diteliti dengan simulasi dan percobaan. Dari penelitian didapatkan bahwa metode ini mampu mengurangi arus inrush sebesar 80-90. Gambar 3.1 Skema Metode Sequential Phase Energization Universitas Sumatera Utara Metode SPE terdiri dari dua parameter penting, yaitu delay waktu switching antara tiap fasa transformator dan nilai tahanan netral. Delay waktu pada Metode SPE memperhitungkan nilai arus dari tiap tahapan energisasi. Dengan kata lain, energisasi fasa kedua dilakukan setelah arus pada fasa pertama mencapai nilai steady state dan energisasi fasa ketiga dilakukan setelah arus pada fasa pertama dan kedua mencapai nilai steady state kemudian di saat yang sama, switch pada tahanan netral akan menutup . dari gambar dapt diubah menjadi rangkaian berikut ; Gambar 3.2 rangkaian Metode SPE Dasar ide dari metode sequential phase energization di tunjukkan gambar diatas dimana, Va, Vb dan Vc adalah tegangan phasa dan RN adalah tahanan pembumian. Juga t a , t b dan t c adalah waktu penutupan breakers dimana, t c t b t a . Dengan cara ini, tahanan netral bisa berperilaku sebagai resistor seri dan metode ini secara efektif dapat mengurangi besarnya lonjakan arus. Juga, perlu dicatat bahwa dianggap arus netral dalam operasi sistem normal adalah mendekati nol, maka pemutus bypass mungkin tidak diperlukan atau dapat memiliki rating rendah. Universitas Sumatera Utara III.2 SKEMA PENGURANGAN ARUS INRUSH Skema tersebut mengadopsi sequential switching, masing-masing tahap switching dapat didiskusikan secara terpisah. Untuk beralih tahap pertama, kinerja skema sangatlah mudah. Resistor netral secara seri dengan phasa pertama dan efeknya akan mirip dengan sebuah resistor pra-penyisipan. Ketika phasa ketiga energisasi, tegangan antara kontak pemutus yang akan ditutup pada dasarnya mendekati nol pada trafo hubungan delta atau tiga inti pada sekundernya. Maka akan terjadi arus transient yang kecil pada saat phasa ketiga dienergisasi. Pada energisasi phasa ke dua adalah yang paling sulit untuk dianalisis. Untungnya, sudah ditemukan dari banyak studi eksperimental dan simulasi bahwa arus masuk karena energization pada phasa ke dua yang lebih rendah dibandingkan pada energization phasa pertama untuk nilai yang sama Gbr. 2. Hal ini berlaku untuk wilayah dimana lonjakan arus dari phasa 1 menurun dengan cepat sebagaimana meningkatnya nilai Rn. Akibatnya, kita harus fokus pada analisis tahap energization phasa pertama untuk mengembangkan kriteria nilai yang lebih tepat untuk resistor netral. Gambar 3.3 nilai arus inrush yang dipengaruhi nilai Rn pada trafo 30 kVA Universitas Sumatera Utara Salah satu poin fokus utama dari makalah ini adalah untuk mengembangkan metodologi desain yang solid untuk ukuran resistor netral. Pendekatan yang disajikan disini didasarkan pada upaya menurunkan arus inrush melalui ukuran resistor netral. Beberapa penyelidikan di bidang ini telah dilakukan dan beberapa rumus yang diberikan untuk memprediksi bentuk gelombang umum, konten harmonik atau puncak maksimum saat ini. Perilaku transformator selama energization tahap pertama dapat dimodelkan melalui rangkaian listrik ekivalen yang disederhanakan ditunjukkan pada Gambar. 3.4 bersama dengan perkiraan kurva Saturasi . Dalam Gambar. 3 a r p dan l p menggambarkan total resistansi dan reaktansi sisi primer. Induktansi non linier inti besi L core λ, L M inductor tidak jenuh, L S inductor jenuh. Gambar 3.4 a Rangkaian ekivalen trafo phasa pertama energisasi dilihat dari sisi primer. b kurva saturasi yang disederhanakan Selama proses energisasi phasa pertama, dan dalam keadaan beban nol dapat diturunkan persamaan berikut: dt di L dt di l t i R r v core p n p t p ⋅ + ⋅ + ⋅ + = λ 1 . sin θ ω + ⋅ ⋅ = t V v m t p Universitas Sumatera Utara . sin 2 2 2 2 θ ω τ − ⋅ ⋅ + ⋅ + − − t B e A i s t t s Keterangan : V m = nilai maksimum tegangan primer Persamaan umum bentuk gelombang arus inrush pada saat keadaan operasi tidak saturasi dan saturasi dapat ditentukan dengan persamaan berikut: = t i { Dimana Keterangan : τ = lama terjadinya arus inrush θ = besar sudut penyalaan Metode SPE terdiri dari dua parameter penting, yaitu delay waktu switching antara tiap fasa transformator dan nilai tahanan netral . Delay waktu pada Metode SPE memperhitungkan nilai arus dari tiap tahapan energisasi. Dengan kata lain, energisasi fasa kedua dilakukan setelah arus pada fasa pertama mencapai nilai steady state dan energisasi . sin 1 1 1 1 θ ω τ − ⋅ ⋅ + ⋅ − t B e A t Universitas Sumatera Utara fasa ketiga dilakukan setelah arus pada fasa pertama dan kedua mencapai nilai steady state kemudian di saat yang sama, switch pada tahanan netral akan menutup. Sedangkan nilai Rn optimal, berdasarkan penelitian, dapat dicari dengan persamaan berikut : open optimal n X R 085 , ≈ − Setelah di dapatkan Rn maka : Perilaku Transformer selama switching tahap kedua diamati melalui simulasi dan percobaan bervariasi. Namun, tren perilaku umum ada dalam nilai-nilai resistor rendah netral dimana skema secara efektif dapat membatasi besarnya arus transient. Untuk kasus dengan delta berliku atau struktur multi-core ekstremitas, lonjakan tahap kedua lebih rendah dari switching fase pertama. Unit fasa tunggal dihubungkan dalam Yg-Y memiliki kinerja yang berbeda karena inrush tahap pertama dan kedua hampir sama besar arusnya sampai tingkat maksimum sekitar 80 tercapai. Umumnya, berdasarkan karakteristik kejenuhan transformator tenaga, setiap penurunan arus adalah hasil dari membatasi fluks maximum. Pada bagian ini, kinerja skema mitigasi yang diusulkan selama switching arus masuk tahap kedua akan dianalisis secara kualitatif dan dibandingkan dengan switching tahap pertama. Ini akan menunjukkan bahwa tingkat kejenuhan transformator selama switching fase kedua lebih kecil dari proses switching tahap pertama. Universitas Sumatera Utara III.3. GARDU INDUK PEMATANG SIANTAR III.3.1Penjelasan Teknis Gardu Induk PT.PLN Persero P3B Sumatera UPT. Pematangsiantar Pada gardu induk PT.PLN Persero P3B Sumatera UPT. Pematangsiantar, terdapat dua 2 buah trafo yang memiliki kapasitas 60 MVA dan 30 MVA. Pematangsiantar menerima suplai dari Asahan 3 dan Labuhan Angin sebesar 140 MW, dimana input tersebut dibagikan kepada dua buah trafo daya di PT.PLN Persero P3B Sumatera UPT. Pematangsiantar dengan jumlah masing-masing sebesar 33 MW dan 18-19 MW. Penjelasan mengenai kedua jenis trafo menurut kapasitasnya tersebut dapat dilihat pada uraian di bawah ini.

1. Trafo Daya 60 MVA

Trafo 60 MVA ini merupakan trafo utama di UPT. Pematang Siantar, dimana trafo ini menanggung beban paling besar dibanding trafo daya 30 MVA. Adapun data teknis dari trafo ini terdiri atas jumlah fasa, frekuensi, tegangan maksimum, tipe, jenis kelas pendingin, standar, jenis dan volume minyak, vector group, tap charger, merek, dan made in. Secara jelas data teknis trafo berkapasitas 60 MVA ini dapat dilihat pada tabel 4.1 di bawah ini. Tabel 4.1 Data Teknis Transformator 60 MVA Jumlah fasa 3 fasa Frekuensi 50 Hz Tegangan maksimum 170 KV Tipe Step down 150 KV-20 KV Kelas Pendingin ONAN ONAF Standar IEC Universitas Sumatera Utara Jenis Minyak Diala b Arus Nominal 230,91732 Amp Tegangan Impedansi 11,7 Vector Group Ynyno d1 Tap Changer On Load Merek Unindo Made in Indonesia Adapun penyulang dari trafo daya 60 MVA dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 4.2 Penyulang Trafo Daya 60 MVA No Daerah Pelayanan Beban Nilai beban Amp TM 1 Jalan Asahan, Perumnas Batu 6 210 TM 2 Perluasan, BDB 230 TM 3 Timbang Galung, Kampung Kristen, Raya 210 TM 4 Sidamanik, Parapat 170 TM 5 Perdagangan 190 TM 6 Tanah Jawa 80

2. Trafo Daya 30 MVA

Dalam operasinya melayani beban,trafo ini jauh lebih kecil dibanding trafo utama 60 MVA. Adapun data teknis dari trafo ini adalah seperti pada tabel 4.2 di bawah ini. Tabel 4.3 Data Teknis Transformator 30 MVA PT. PLN UPT. Pematangsiantar Jumlah fasa 3 fasa Frekuensi 50 Hz Tegangan maksimum 170 KV Universitas Sumatera Utara Tipe Step down 150 KV-20 KV Kelas Pendingin ONAN ONAF Standar IEC Jenis Minyak Diala b Arus Nominal 115,5787 Amp Vektor Group Ynynod Tegangan Impedansi 13,5 Tap changer On Load Merek Unindo Adapun penyulang dari trafo daya 30 MVA adalah seperti pada tabel di bawah ini. Tabel 4.4 Penyulang Trafo Daya 30 MVA No Daerah Pelayanan Beban Nilai beban Amp PS 1 Rambong Merah, Jalan Medan 210 PS 2 Jalan Melanton Siregar,Marihat 200 PS 3 Kota 140 III.3.2 Kontruksi Transformator Daya PT.PLN UPT.Pematangsiantar Dalam istilah elektro, transformator adalah suatu alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi listrik dengan frekuensi yang sama. Perubahan energi listrik yang terjadi adalah perubahan tegangan dan arus. Pada transformator, suplai tegangan dan arus yang dipakai adalah tegangan dan arus bolak-balik AC. Sedangkan tegangan dan arus searah DC tidak dapat dikonversikan oleh transformator. Dalam menjalankan fungsinya agar berjalan baik,trafo memiliki bagian-bagian penting diantaranya adalah sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara

1. Inti Besi

Inti besi transformator merupakan susunan lembaran lamel pelat dengan ketebalan 0,35-0,55 mm yang terbuat dari silikon Si. Adapun alasan mengapa inti besi dibuat berupa lembaran adalah untuk mengurangi rugi-rugi hysteresis dan arus eddy. Pemasangan inti diusahakan berdekatan, dengan tujuan mempertinggi effisiensi pendinginan inti. Oleh karena itu, pada transformator yang berukuran sangat besar, tidak diperlukan pemisahan inti untuk meningkatkan pendinginan. Gambar 3.5 adalah merupakan gambaran kontruksi inti besi suatu transformator. Gambar 3.5 Kontruksi Inti Besi

2. Kumparan

Di dalam transformator terdapat dua atau lebih kumparan yang terbuat dari kawat tembaga berisolasi kertas kraft dan dililitkan pada inti besi. Adapun kumparan ini dapat memiliki tap ataupun tidak memiliki tap. Untuk membentuk kumparan yang kuat, lapisan terluar dari kertas isolasi dibalur dengan larutan adhesive. Untuk mengurangi efek arus Eddy, dilakukan transposisi pada posisi tertentu dari elemen konduktor dan dipasang secara paralel. Agar penutupan akhir kumparan pada terminal akhir menjadi lebih kuat dan distribusi medan elektrostatis Universitas Sumatera Utara meningkat, ukuran kumparan dibuat sedikit lebih kecil. Agar tidak ada permukaan kumparan yang terbuka, kumparan ditutupi dengan bahan isolasi murni dan diantara kumparan yang satu dengan kumparan yang lain disisipkan bahan isolasi.

3. Bushing

Bushing adalah isolator yang digunakan untuk mengisolir badan transformator dengan konduktor terminal tegangan tinggi yang menerobos badan transformator tersebut. Isolator yang menyelubungi konduktor pada bushing berfungsi memisahkan konduktor dengan tangki transformator. Pada transformator PT.PLN UPT Pematangsiantar, sistem isolasi yang digunakan pada bushing dan konduktor adalah isolasi keramik. Bentuk bushing transformator dapat dilihat seperti pada gambar 3.6. Gambar 3.6 Bushing Transformator Tenaga

4. Konservator

Konservator mempunyai peran penting terhadap kualitas minyak transformator yaitu menghindari kontak antara minyak isolasi dengan udara luar. Seandainya minyak isolasi bercampur dengan udara luar, maka kualitasnya akan turun dengan cepat sehingga diperlukan adanya penyaringan dan regenerasi minyak isolasi setelah pemakaian, dalam suatu periode Universitas Sumatera Utara tertentu. Pemakaian konservator sendiri dapat menjadi solusi untuk memperpanjang usia daripada kualitas minyak isolasi. Bentuk konservator dari transformator dapat dilihat seperti gambar 4.3 di bawah ini. Gambar 3.7 Konservator Transformator Tenaga Dari Gambar 3.7 terlihat alat ukur atau penunjuk jumlah atau level minyak transformator pada saat tertentu. Level ini ditunjukkan oleh alat yang disebut Dial Oil Level Gauge pengukur level minyak yang dilengkapi dengan kontak alarm. Alarm pada Dial Oil Level Gauge menyala saat level minyak mencapai nol.

5. Minyak Transformator

Minyak transformator memiliki dua fungsi utama, yaitu sebagai isolator dan pendingin. Kedua fungsi ini sangat vital bagi kelangsungan kerja transformator. Sebagai isolator, minyak harus memiliki tegangan tembus yang tinggi sehingga benar-benar mampu memisahkan antara lembaran-lembaran inti besi transformator dan antara kumparan- kumparan transformator. Sebagai pendingin, minyak harus mampu menjaga kestabilan temperatur di dalam tangki transformator, sehingga transformator dapat bekerja dengan baik dan umurnya cukup panjang. Adapun minyak yang digunakan pada transformator daya di PT.PLN UPT Pematangsiantar adalah minyak transformator Shell Diala B. Universitas Sumatera Utara

6. Alat pernapasan

Dehydrating Filter Breather Sebagai respon terhadap perubahan temperatur minyak transformator, volume minyak isolasi berubah-ubah, yaitu berupa pemuaian dan penyusutan. Pemuaian terjadi apabila terjadi pemanasan di dalam trnaformator akibat rugi-rugi pada inti besi dan kumparan transformator. Berkaitan dengan pemanasan tersebut, udara pada konservator melakukan proses pernafasan. Adapun udara yang dihirup dalam proses pernafasan ini adalah udara bebas yang masih mengandung air dan debu. Kandungan air dan debu ini dapat merusak minyak transformator bila masuk ke dalamnya. Oleh karena itu, dibutuhkan suatu alat pernafasan yang dapat menyaring udara bebas yang akan masuk ke dalam transformator. Alat pernafasan ini terdiri dari silica-gel yang terdapat di dalam kontainer, filter yang terdapat di dalam pot minyak, dan sambungan pipa yang terdapat pada bagian sebelah atas. Udara pernafasan masuk melalui celah yang disebut breathing vent. Kemudian udara ini melewati minyak yang berada di dalam pot dan debu yang masih terbawa disaring oleh filter. Udara yang telah bersih bergerak ke atas melalui silica-gel yang menyerap kandungan air sehingga udara kering saja yang masuk ke dalam transformator. Kontainer diisi dengan silica-gel yang diimpregnasi oleh Cobalt Chloride. Silica-gel ini berwarna biru, tetapi warnanya akan berubah menjadi pink apabila ia telah menjadi jenuh terhadap air. Pot minyak berfungsi mangisolasi silica-gel dari atmosfer sehingga kandungan air di dalam udara yang terhirup dapat diserap dan usia silica-gel dapat bertahan lebih lama. Gambar 3.8 merupakan gambar Dehydrating Filter Breather. Universitas Sumatera Utara Gambar 3.8 Dehydrating Filter Breather

7. Kipas Pendingin

Kipas pendingin sangat dibutuhkan oleh transformator yang bekerja secara terus- menerus. Kipas pendingin ini terdiri dari motor induksi tiga fasa, mata pisau yang berputar dan pelindung yang dipasang pada casing motor induksi. Kipas pendingin ini sangat dibutuhkan dalam mensirkulasi udara sehingga transformator tidak panas. Kontruksi kipas pendingin dapat dilihat seperti Gambar 3.9 di bawah ini. Gambar 3.9 Kontruksi Kipas Pendingin

8. Tap Changer

Tap Changer digunakan untuk mengubah kemampuan transformator dalam menangani beban. Pada umumnya tap changer terletak pada sisi primer transformator. Alasannya adalah pada transformator step-up, arus pada sisi primer transformator lebih kecil daripada arus pada sisi sekunder transformator, sehingga lebih mudah untuk dilakukan. Pada Universitas Sumatera Utara transformator daya PT.PLN UPT Pematangsiantar tap changer yang digunakan, yaitu On Load Tap Changer . III.3.3 Metode Pendinginan Transformator Timbulnya rugi-rugi inti dan rugi-rugi kumparan yang terjadi pada saat transformator beroperasi menyebabkan terdisipasinya panas yang meningkatkan temperatur transformator. Panas yang terdisipasi ini sangat berbahaya untuk operasi transformator karena dapat mengakibatkan kerusakan minyak isolasi yang selanjutnya dapat merusak transformator itu sendiri. Oleh karena itu, diperluakan suatu metode untuk mendinginkan transformator pada temperatur normal, agar operasi transformator dapat dipertahankan. Pada transformator daya yang dipergunakan di PT.PLN UPT Pematangsiantar, digunakan metode pendinginan dengan menggunakan minyak pendingin yang juga sekaligus berperan sebagai isolasi. Minyak pendingin ada dua jenis, yaitu minyak mineral dan minyak sintetis. Berdasarkan cara minyak pendingin bersirkulasi di dalam transformator, maka dikenal dua metode pendinginan, yaitu : 1. Minyak Bersirkulasi Sendiri Oil natural Metode bersirkulasi sendiri atau oil natural dikenal juga sebagai metode oil immersed yang berarti bahwa minyak digunakan sebagai media yang merendam inti dan kumparan transformator. Sirkulasi sendiri dapat terjadi akibat adanya panas yang dihasilkan dari rugi- rugi inti dan kumparan. Panas ini akan menaikkan temperatur minyak sehingga secara alami, minyak dengan temperatur yang lebih tinggi akan bersirkulasi menuju tempat dengan temperatur yang lebih rendah yaitu pada permukaan tangki transformator. Universitas Sumatera Utara 2. Minyak Bersirkulasi Paksa Oil Force Pada metode bersirkulasi paksa, minyak dapat bersirkulasi karena adanya kipas pendingin yang dipasang pada sirip-sirip radiator. Sehingga panas yang timbul akibat rugi- rugi inti dapat dibawa ke permukaan tangki transformator. Pada metode pendinginan di PT.PLN UPT Pematangsiantar, minyak yang digunakan adalah : Minyak bersirkulasi sendiri – pendinginan udara alami Oil Immersed – Natural Cooled ON ONAN OA . Universitas Sumatera Utara ONE LINE DIAGRAM GARDU INDUK PORSEA-2 4005A XIAN TD-2 60 MVA ASBAK PS-3 4005A 10A UNINDO TD-1 30 MVA PT: 20kVv3100Vv3 PMT: 3150 A .31,5..KA 6005A PIGURA PS-4 4005A T.TINGGI-2 ACSR. 3x240 mm² CT: P=M. 5001A T.TINGGI-1 ACSR. 3x240 mm² PORSEA-1 ACSR. 3x240 mm² ACSR. 3x240 mm² LA: 10KA LA: 10KA LA: 10KA LA: 10KA Line Trap ES: 800A 16KA Line Trap Line Trap Line Trap CATATAN CT : M = UNTUK METERING P = UNTUK PROTEKSI = SISI 150 KV = SISI 20 KV CT: P=M. 8005A CT: P=M. 8005A CT: P=M. 8005A PMT: 2000 A 40KA PMT: 2000 A 40KA PMT: 1250 A 20KA PMT: 1250 A 20KA PMS:1600 A 40KA , 20KA ES: 1250A 20KA ES: 1600A 40KA ES: 1600A 40KA I II BUS 150KV - 2000A PT: 150KV100V PMS: 1600 A , 40KA , 20KA PMS: 1600 A , 40KA , 20KA PMS: 1250A , 1600A 20KA , 40KA PMS: 1250A , 1600A 20KA , PMT: 800 A 25KA PMT: 3150 A 31,5KA CT: P=M. 1205A CT: P=M. 3005 A NGR: 40 Ohm 300A CT: 3005A NGR: 40 Ohm 300A CT: 3005A PT: 20kVv3100Vv3 CT: P=M. 10005A CT: P=M. 20005A PMT: 1200A 12,5KA PMT: 2000 A 20KA BUS 20KV, 2000A, FUJI BUS 20KV, 2000A, MODALEK PT: 20kVv3 100Vv3 PT: 20kVv3 100Vv3 6005A 6005A 6005A 6005A KURSI PM-2 MEJA PM-1 SOFA PM-3 DIPAN PM-4 600A 12,5KA 600A 12,5KA 600A 12,5KA 600A 12,5KA PS 2OKV400V 50KVA 800A 20KA 800A 20KA 800A 20KA 800A 20KA 6005A 800A 20KA 6005A 800A 20KA 6005A B U S T I E 2000A 25KA ~ PLTMH. TONDUHAN TRAFO MESIN : 2x250 KVA GENERATOR : 2x200 KW KOPEL BUS XLPEAL. 3x240 mm 2 XLPEAL. 3x240 mm 2 PT: 150KV100V PT: 150KV100V PT: 150KV100V PT: 150KV100V PMS: 250 0A 20KA CT: 10001 A LA: 10KA LA: 10KA PMS: 1600 A , 40 KA , 20 KA , KWH METER KARPET PS-2 AMBAL PM-5 PHOTO PM-6 PS 2OKV400V 50KVA XLPEAL. 3x240 mm 2 ~ TRAFO MESIN : GENERATOR : 2x4,5 MW KWH METER PLTA. AEK SILAU Universitas Sumatera Utara

III. 3 EMTP-ATP

EMTP Electromagnetic Transients Program adalah suatu program komputer terintegrasi yang didesain untuk menyelesaikan permasalahan peralihan transient sistem tenaga listrik untuk rangkaian terkonsentrasi lumped, rangkaian terdistribusi, atau kombinasi kedua rangkaian tersebut. Terdapat beberapa variasi dari program EMTP ini, seperti EMTP-RV, EPTI-EMTP dan ATP-EMTP. Dalam Tugas Akhir ini dipergunakan ATP-EMTP. Alasan dipilihnya program ini adalah sifatnya yang gratis, meskipun diperlukan proses lisensi agar berhak menggunakannya. ATPDraw for Windows merupakan pengolah-mula preprocessor grafis mouse driven Electromagnetic Transients Program EMTP versi ATP. Dalam ATPDraw pengguna dapat mengontruksi model dijital sirkuit yang akan disimulasikan menggunakan mouse dan memilih komponen yang didefinisikan sebelumnya dari palet ekstensif, secara interaktif. Alternatif Transient Program ATP dianggap sebagai salah satu sistem program yang paling banyak digunakan universal untuk simulasi digital dari fenomena transien elektromagnetik juga sebagai elektromekanis alam dalam sistem tenaga listrik. Dengan program ini, jaringan kompleks dan sistem kontrol dari struktur yang rumit dapat disimulasikan. ATP memiliki kemampuan pemodelan yang luas dan fitur-fitur penting tambahan disamping perhitungan transien Elektro Magnetic Transient Program EMTP dikembangkan dalam domain publik di Bonneville Power Administration BPA dari Portland, Oregon sebelum inisiatif komersial di 1984 oleh Grup Koordinasi Pembangunan EMTP dan Lembaga Penelitian Tenaga Listrik EPRI dari California Palo Alto,. Kelahiran ATP awal tahun 1984, ketika Drs. Meyer dan Liu tidak menyetujui komersialisasi yang diusulkan BPA EMTP dan Dr Meyer, menggunakan waktu pribadinya sendiri, memulai program baru dari sebuah salinan dari publik domain BPA-EMTP. Sejak itu program ATP secara terus menerus dikembangkan melalui kontribusi internasional oleh Drs. W. Scott Meyer dan Liu Tsu-Huei, co-Pimpinan Canadian American EMTP User Group. Beberapa ahli di seluruh dunia telah memberikan kontribusi untuk EMTP dimulai pada tahun 1975 dan kemudian menjadi ATP dalam kerjasama erat dengan pengembang program di Portland, USA. Universitas Sumatera Utara Sedangkan BPA bekerja pada EMTP tetap dalam domain publik oleh hukum AS, ATP tidak dalam domain publik dan perizinan yang diperlukan sebelum akses ke bahan proprietary diberikan. Licensing Namun, tersedia secara gratis semua untuk siapa pun di dunia yang tidak berpartisipasi secara sukarela dalam penjualan penjualan atau percobaan setiap program transien elektromagnetik, selanjutnya disebut EMTP commerce . Prinsip Operasi dan Kemampuan Program ATP memprediksi variabel penting di dalam jaringan tenaga listrik sebagai fungsi waktu, biasanya diprakarsai oleh beberapa gangguan. Pada dasarnya, aturan trapesium integrasi digunakan untuk menyelesaikan persamaan diferensial dari komponen sistem dalam domain waktu. Kondisi awal tidak nol dapat ditentukan secara otomatis oleh solusi fasor kondisi steady state atau dapat dihitung oleh pengguna untuk komponen sederhana. ATP memiliki banyak model termasuk mesin berputar, transformator, arrester surja, jaringan transmisi dan kabel. Interfacing kemampuan untuk program modul TACS Transient Analysis System Control dan MODEL sebuah bahasa simulasi memungkinkan pemodelan sistem kontrol dan komponen dengan karakteristik nonlinear seperti busur dan korona. Sistem dinamis tanpa jaringan listrik juga dapat menggunakan simulasi pemodelan sistem kontrol TACS dan MODEL. Gangguan simetris atau tidak simetris diperbolehkan, seperti gangguan ke tanah, petir dan beberapa jenis switching operasi termasuk pergantian katup. Analisis Frekuensi-domain harmonik menggunakan metode injeksi harmonisa arus HARMONISA FREKUENSI SCAN dan perhitungan respon frekuensi jaringan fasor menggunakan fitur FREKUENSI SCAN juga didukung. Model-perpustakaan ATP saat ini terdiri dari komponen-komponen berikut: komponen ysng tidak digabung dan terpisah unsure R, L dan C. Jalur transmisi dan kabel dengan parameter terdistribusi dan frekuensinya. Resistensi nonlinear dan induktansi, induktor histeresis, resistansi bervariasi, resistensi dikendalikan melalui TACS MODEL . Universitas Sumatera Utara Komponen dengan nonlinier: transformer termasuk jenuh dan histeresis, arrester surja, busur. Switch biasa, tergantung waktu dan tegangan, switching statistik Monte-Carlo studi. Valves dioda, thyristor, triac, TACS MODEL switch dikendalikan. Sumber: langkah, ramp, sinusoidal, fungsi gelombang eksponensial, TACS MODEL didefinisikan sumber. Mesin berputar : Mesin 3-fasa sinkron, model mesin universal. Ditetapkan pengguna listrik komponen yang mencakup interaksi MODEL Modul yang ada dalam ATP MODEL dalam ATP adalah bahasa gambaran umum-tujuan yang didukung oleh serangkaian luas alat simulasi untuk representasi dan studi tentang sistem waktu-varian. Deskripsi dari masing-masing model diaktifkan menggunakan bebas-format, sintaks kata kunci-driven konteks lokal dan yang sebagian besar mendokumentasikan diri. MODEL di ATP memungkinkan deskripsi kontrol yang ditentukan sewenang-wenang dan komponen sirkuit, menyediakan antarmuka yang sederhana untuk menghubungkan program-program lain model untuk ATP. Sebagai alat diprogram keperluan umum, MODEL dapat digunakan untuk hasil simulasi pengolahan baik dalam domain frekuensi atau dalam domain waktu. TACS adalah modul simulasi untuk analisis time-domain dari sistem kontrol. Itu awalnya dikembangkan untuk simulasi kontrol converter ASTT. Untuk TACS, diagram blok representasi dari sistem kontrol yang digunakan. TACS dapat digunakan untuk simulasi Converter ASTT kontrol Sistem eksitasi tenaga mesin elektronika dan drive sinkron busur listrik circuit breaker dan busur kesalahan. Interface antara jaringan listrik dan TACS dibentuk oleh pertukaran sinyal seperti tegangan node, switch saat ini, status switch, waktu bervariasi perlawanan, sumber tegangan dan arus. Pendukung rutinitas yang terintegrasi di dalam program utilitas yang mendukung pengguna dalam konversi antara format data produsen dan yang diperlukan oleh program, atau untuk menghitung parameter listrik dari garis dan kabel dari data geometris dan material. Modul Pendukung di ATP adalah: Universitas Sumatera Utara Perhitungan parameter listrik saluran udara dan kabel dengan menggunakan modul program LINE konstanta, konstanta dan parameter KABEL KABEL. Generasi baris masukan data model frekuensi-bergantung Semlyen, J. Marti, Noda model line. Perhitungan data model untuk transformer XFORMER, BCTRAN. Kejenuhan dan konversi kurva histeresis. Data Base modularisasi untuk TERMASUK penggunaan. Kemampuan Program Universitas Sumatera Utara ATP-EMTP TPPLOT WPCPLOT PL42mat PlotXY DisplayNT HFSPlot DspATP32 GTPPLOT ATP Analyzer PL42mcad ATP-EMTP tabel berdimensi dinamis pada awal eksekusi untuk memenuhi kebutuhan pengguna dan perangkat keras mereka misalnya, RAM. Tidak ada batas absolut pernah diamati, dan versi standar memiliki batas-batas yang rata-rata lebih dari 20 kali ukuran default tabel. Saat ini, simulasi terbesar yang sedang dilakukan menggunakan PC berbasis Intels. Tabel berikut ini menunjukkan batas maksimum untuk program distribusi standar. Busses 6000 Sources 900 Branches 10000 Nonlinear elements 2250 Switches 1200 Synchronous machines 90 Karakteristik utama merencanakan program untuk ATP Ini pasca-prosesor yang dihubungkan dengan ATP melalui file disk dan fungsi utama mereka adalah untuk menampilkan hasil dari simulasi-waktu atau frekuensi domain. Data simulasi ATP disimpan dalam ekstensi file memiliki pl4,. dan dapat diproses secara off-line, atau on-line. Yang terakhir yaitu untuk menampilkan hasil sedangkan hasil simulasi tersedia hanya jika sistem operasi menyediakan akses bersamaan PL4-file untuk ATP dan program postprocessor. .pl4.ps file Merencanakan program untuk ATP. Universitas Sumatera Utara TPPLOT program telah ditulis di bawah Salford FORTRAN yang membutuhkan extender DOS. DBOS tidak kompatibel dengan seri NT MS-Windows, sehingga TPPLOT tidak dapat digunakan di dalam Windows NT, 2000 atau XP. TPPLOT mendeteksi secara otomatis format PL4-file dan membaca hampir semua format file yang dibuat oleh versi PC ATP. TPPLOT memiliki antarmuka pengguna grafis semi-dan hampir semua perintah dapat dilaksanakan oleh mouse. Program ini mendukung hingga 20 kurva per plot, plot terhadap waktu serta petak XY, faktor dan offset, sumbu otomatis atau manual scaling dan pelabelan. Kurva diambil menggunakan garis solid dengan warna yang berbeda dan user dapat menandai setiap melengkung dengan karakter yang berbeda. Titik data visual berlebihan dieliminasi pada layar. Layar plot dapat diekspor dalam grafis teks, bitmap atau vektor file berbagai format termasuk Postscript, HPGL dan Comtrade. Program ini tidak hanya menulis tetapi juga membaca file data dalam format Comtrade. Wikipedia manipulasi matematika juga didukung, serta analisis FFT dan plot grafik baru ntuk harmonisa. Developer: Dr. W. Scott Meyer, canamemtp.org, USA. Licensing: Distributed at no cost to the licensed ATP users. Distribution: EEUG annual CD distribution, EEUG, JAUG secure Web sites. GTPPLOT adalah program merencanakan untuk memproses output PL4 ATP. Hal ini dikompilasi dengan GNU FORTRAN, dan membuat penggunaan DISLIN paket grafis. Program ini tersedia untuk DOS-extender DJGPP, Windows 32, dan Linux. GTPPLOT dapat membaca widenn, diformat PL4-file FMTPL4 = 10Fnn., file biner C-seperti, berkas tidak terformat, Comtrade dan file data ASCII. GTPPLOT dapat file proses grafis sampai dengan 1000000 poin dan hingga 1000 variabel. Program ini bisa plot sampai dengan 20 akhir kurva Universitas Sumatera Utara ekspor grafis dalam sembilan format yang berbeda: HP-GL, CGM, WMF, PCX, PostScript, PNG, WMF, JAWA dan gnuplot. Untuk FS dan HFS menjalankan plot bisa grafik batang. Data dapat diekspor sebagai PL4 widenn, Comtrade, Matlab, Mathematica Mathcad dan file. Selain itu, banyak program menghitung Indeks Power Kualitas dari data, dapat digunakan untuk analisis Fourier, turbin poros estimasi kehilangan kehidupan. Berbagai operasi matematika sederhana dengan variabel, seperti integrasi, turunan, RMS, energi listrik,, I2T juga di GTPPLOT dapat digunakan untuk menghasilkan elemen KIZILCAY F- TERGANTUNG dari FREKUENSI SCAN PL4 output, juga. GTPPLOT tidak memiliki antarmuka grafis, pengguna harus menggunakan keyboard untuk semua perintah input. Developer: Mr. Orlando P. Hevia, heviaopciudad.com.ar, Santa-Fe, Argentina. Licensing: Distributed at no cost to the licensed ATP users. Distribution: EEUG annual CD distribution, EEUG, JAUG, MTU secure FTPWeb sites. PlotXY adalah Win32 merencanakan program yang awalnya dirancang untuk ATP- EMTP. Program ini terutama dirancang untuk membuat, semudah dan secepat mungkin, garis petak di lingkungan Microsoft Windows. Ini juga mampu melakukan beberapa post processing pada diplot kurva: operasi aljabar, perhitungan koefisien deret Fourier. Program ini memiliki mudah untuk menggunakan antarmuka pengguna grafis, dan kode 32 bit memberikan operasi yang sangat cepat. Sampai 3 PL4 atau ADF file dapat secara bersamaan diselenggarakan di memori untuk perbandingan mudah data yang berbeda dan hingga 8 kurva per plot terhadap waktu, atau plot XY diperbolehkan. Program ini memiliki sumbu otomatis pandai scaling kemampuan dan mampu membuat plot dengan dua sumbu vertikal independen dan menyediakan alat yang mudah untuk faktor, offset dan zoom dukungan, dan kursor grafis untuk melihat nilai-nilai dalam format numerik. Plot Layar dapat diekspor sebagai Windows Metafile melalui win32 clipboard. Universitas Sumatera Utara Developer: Dr. Massimo Ceraolo, ceraolodsea.unipi.it, University of Pisa, Italy. Licensing: “acknowledgeware”. Distributed at no cost to the licensed ATP users. If user keeps it beyond the 30-day trial period, heshe must send an acknowledgement letter to the developer. Distribution: EEUG annual CD distribution, EEUG, JAUG and MTU secure FTP sites. PCPLOT itu terus dikembangkan dan ditingkatkan sampai dengan tahun 1997 dengan menggunakan Borland Turbo Pascal di bawah MS-DOS platform. Program ini dapat membaca jenis PL4-file diformat, file biner dan diformat C-suka. PCPLOT dapat menampilkan maksimal 4 kurva dengan 16000 poin plot per kurva. Jumlah maksimum dari variabel plot disimpan dalam file plot dibatasi hingga 100. Program ini mendukung tiga jenis plot yang berbeda: fungsi waktu hasil simulasi, plot XY satu variabel terhadap yang lain, frekuensi-respon hasil dari SCAN FREKUENSI kasus. Nilai dari variabel diplot dapat ditampilkan dengan cara penanda garis vertikal. Berbeda jenis kurva misalnya arus dan tegangan dapat dicampur dalam plot yang sama oleh faktor skala mendefinisikan dan offset. Kurva diambil menggunakan garis solid dengan warna yang berbeda dan user dapat menandai setiap kurva dengan karakter yang berbeda pada posisi yang diinginkan. Titik data visual berlebihan pada beberapa bidang dieliminasi untuk mempercepat kecepatan gambar. Plot Layar dapat dikirim ke file disk dalam format HP-GL. Developer: Prof. Dr. Mustafa Kizilcay m.kizilcayfh-osnabrueck.de, Germany. Licensing: freely available without separate licensing to all ATP users. Distribution: EEUG annual CD distribution, EEUG, JAUG secure FTPWeb sites. Universitas Sumatera Utara WPCPlot adalah program output grafis untuk ATP-EMTP berjalan di bawah Microsoft Windows 9598NT2000. Program ini mampu file PL4 pengolahan-jenis C-suka dan diformat Maksimum 6 variabel dalam diagram yang sama diperbolehkan. Zooming, redraw fitur dan fasilitas pembacaan untuk mendapatkan nilai sesaat diplot kurva disediakan. Plot Layar dapat disalin ke clipboard atau menyimpan sebagai warna atau file gambar bitmap monokrom. Developer: Prof. Dr. Mustafa Kizilcay, m.kizilcayfh-osnabrueck.de, Deniz Celikag, dcelikagaol.com. Licensing: available only for EEUG members at present Tipe Aplikasi ATP ATP-EMTP digunakan di seluruh dunia untuk beralih dan analisis petir surge, koordinasi isolasi dan studi osilasi torsi poros, pemodelan relay pelindung, studi kualitas harmonik dan kekuasaan, ASTT dan pemodelan FAKTA. Khas EMTP penelitian ini adalah: Lightning studi tegangan lebih Switching transien dan kesalahan. Statistik dan studi tegangan lebih transien sistematis yang sangat cepat dalam GIS dan pemodelan groundings Mesin Transient stabilitas, startup motor Osilasi torsi poros Transformer dan shunt reaktor switching kapasitor Ferroresonance Daya elektronik aplikasi Circuit breaker tugas busur listrik, saat memotong FAKTA perangkat: STATCOM, SVC, UPFC, pemodelan TCSC Analisis harmonik, resonansi jaringan Perlindungan alat uji. Universitas Sumatera Utara Perangkat Keras yang Dibutuhkan ATP tersedia untuk sebagian besar platform PC berbasis Intel di DOS, Windows 3.19xNT, OS 2, Linux dan untuk komputer lain juga misalnya, Digital Unix dan VMS, Apple Mac, dll. Sebagian besar pengguna, termasuk pengembang program, Intel menggunakan PC berbasis Pentium dengan MS-Windows 9xNT. Sebuah Pentium konfigurasi standar PC dengan min. 128 MB RAM, hard disk 20 MB ruang bebas dan grafis VGA yang memadai untuk menjalankan ATP dengan MS-Windows. Kebanyakan versi program yang populer pada saat ini: MS-Windows 9xNT2000XP™: 32-bit GNU-Mingw32 and Watcom ATP MS-DOS, MS-Windows 3.x9598™: 32-bit Salford ATP requires DBOS486 Linux: GNU version of ATP Universitas Sumatera Utara

BAB IV ANALISA PERHITUNGAN PEMODELAN DAN SIMULASI

4.1 Konfigurasi Sistem

Dari one line diagram gardu induk hanya salah satu transformator yang akan disimulasikan dan di analisa besar arus inrushnya Gambar 4.1 one line diagram Trafo 60 MVA Data Transformator Nomor : TD2 A94025-3 Kapasitas daya : 60MVA tegangan : 150 kV 20 kV Universitas Sumatera Utara