BAB III beres di Indonesia
BAB III
DASAR TEORI
3.1
Gardu Induk
Gardu induk (GI) merupakan sebuah komponen dalam sistem tenaga
listrik yang digunakan sebagai tempat meningkatkan tegangan menengah yang
dibangkitkan generator menjadi tegangan transmisi. Setelah dekat dengan daerahdaerah yang menggunakan energi listrik tegangan diturunkan juga dalam gardu
induk. Menurut Abdul Kadir menyatakan, “Menyalurkan energi listrik melalui
jarak-jarak yang jauh harus dilakukan dengan tegangan yang tinggi untuk
memperkecil kerugian-kerugian yang terjadi, baik rugi-rugi energi, maupun
penurunan tegangan”. (Abdul Kadir, 1998:1).
Selain dari pada itu menurut Djiteng Marsudi mengatakan, “Setiap GI
sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu”.
( Djiteng Marsudi 2006:5)
Gambar 3.1 Gardu induk pasang luar
3.1.1
Pengertian Gardu Induk
Gardu Induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang
berfungsi untuk:
1.
Transformasi tenaga listrik tegangan tinggi yang satu ke tegangan tinggi yang
lainnya atau tegangan menengah.
18
19
2.
Pengukuran, pengawasan operasi serta pengaturan pengamanan dari sistem
tenaga listrik.
3.
Pengaturan daya ke gardu-gardu induk lain melalui tegangan tinggi dan
gardu-gardu induk distribusi melalui feeder tegangan menengah.
3.1.2
Klasifikasi Gardu Induk menurut penempatan peralatan
Menurut penempatan peralatan, Gardu Induk dapat di klasifikasikan:
1. Gardu Induk pasang dalam
Gardu Induk dimana semua peralatan (switch gear, isolator dan lain
sebagainya) dipasang di dalam gedung atau ruang tertutup.
2. Gardu Induk pasang luar
Gardu Induk dimana semua peralatan (switch gear, isolator dan lain
sebagainya) di tempatkan pada udara terbuka.
3. Gardu Induk setengah pasang dalam dan setengah pasang luar
Gardu Induk ini adalah merupakan paduan dari Gardu Induk Pasang dalam
dan Gardu Induk pasang luar.
4. Gardu Induk bawah tanah
Gardu ini biasa digunakan di pusat kota atau pada gedung pencakar langit.
5. GIS (Gas Insulated Substation)
Gardu Induk dimana semua peralatan dimasukan dalam kompartemen yang
berisi gas untuk isolasi.
3.1.3
Anatomi Sistem Gardu Induk
1. Trafo Tenaga
Trafo Tenaga berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya dari tegangan
tinggi ke tegangan menengah atau sebaliknya (mentransformasikan
tegangan).
2. Peralatan sisi primer
a. Lightning Arrester
Lightning Arrester berfungsi untuk mengamankan instalasi (peralatan
listrik pada instalasi) dari gangguan tegangan lebih yang di akibatkan
oleh sambaran petir maupun oleh surja hubung.
20
b. Spark Rod
Spark Rod berfungsi sebagai pengaman peralatan terhadap tegangan
lebih.
c. Pemutus tenaga (PMT)
Pemutus tenaga (PMT) berfungsi untuk memutuskan hubungan tenaga
listrik dalam keadaan gangguan maupun dalam keadaan berbeban dengan
proses yang cepat. Pemutusan tenaga listrik dalam keadaan gangguan
akan menimbulkan arus yang relative besar, pada saat tersebut PMT
bekerja sangat berat. Bila kondisi peralatan PMT menurun karena
kurangnya pemeliharaan, sehingga tidak sesuai dengan daya yang
diputuskan, maka PMT akan rusak (meledak).
d. Pemisah (PMS)
-
Pemisah tanah
Berfungsi untuk mengamankan peralatan dari sisa tegangan yang
timbul sesudah SUTT diputuskan, atau induksi tegangan dari
penghantar, hal ini perlu untuk keamanan dari orang yang bekerja
pada instalasi.
-
Pemisah peralatan
Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan yang
bertegangan. Semua pemisah dioperasikan tanpa beban.
e. CurrentTransformer (CT)
Berfungsi untuk menurunkan arus besar pada tegangan tinggi menjadi
arus kecil pada tegangan rendah untuk keperluan pengaman (proteksi)
dan pengukuran (metering)
f. Potential Transformer (PT)
Berfungsi untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah,
yang diperlukan untuk alat-alat ukur (metering) dan alat pengaman
(proteksi).
21
g. Busbar
Busbar atau bay penghantar berfungsi sebagai titik pertemuan atau
hubungan trafo-trafo tenaga, SUTT – SUTT dan peralatan listrik lainnya
untuk menerima dan menyalurkan tenaga atau daya listrik.
3. Peralatan sisi sekunder
Peralatan sisi sekunder sama dengan peralatan sisi primer.
4. Peralatan Control Room
Digunakan untuk mengontrol pelayanan gardu induk dari suatu tempat dari
dalam gedung kontrol yang terdiri dari:
a. Panel kontrol
Jenis panel kontrol yang ada dalam gardu induk terdiri dari:
-
Panel kontrol utama, terdiri dari panel instrumen dan panel operasi.
Pada panel instrumen terpasang alat-alat ukur dan indikator
gangguan, dari panel ini alat-alat dapat diawasi dalam keadaan
sedang beroperasi. Pada panel operasi terpasang sakelar operasi dari
PMT, PMS serta lampu indikator posisi sakelar dan diagram bay
penghantar.
Diagram bay penghantar, sakelar dan lampu indikator diatur letak
dan hubungannya sesuai dengan rangkaian yang sesungguhnya
sehingga keadaannya dapat dilihat dengan mudah.
-
Panel rele, pada panel ini terpasang pengaman untuk SUTT, rele
pengaman untuk trafo dan sebagainya. Bekerjanya rele dapat
diketahui dari penunjukan pada rele itu sendiri dan pada indikator
gangguan di panel kontrol utama.
-
Panel pemakaian sendiri, pada panel ini digunakan sebagai
penunjang listrik yang digunakan untuk keperluan operasi gardu
induk.
b. Telekomunikasi (SCADATEL)
Pada bagian ini digunakan sebagai peralatan penunjang tercapainya
operasi sistem yang handal dan mempermudah dalam pengoperasian.
Pada bagian ini terdapat Telepon, Radio pemancar, PLC , dan SCADA.
22
c. Batere
Sumber tenaga untuk sistem kontrol dan proteksi selalu harus
mempunyai keandalan dan stabilitas tinggi, maka batere dipakai sebagai
sumber tenaga kontrol dan proteksi di dalam gardu induk. Peranan
batere sangat penting karena saat terjadi gangguan batere digunakan
sebagai backup tenaga listrik untuk menggerakan alat proteksi dan
kontrol.
d. Rectifier
Rectifier atau Charger adalah suatu rangkaian alat listrik untuk
mengubah arus listrik bolak- balik (AC) menjadi arus searah (DC) .
Umumnya Rectifier yang terpasang di Gardu berfungsi untuk mengisi
muatan baterai, memasok daya secara kontinu ke beban dan menjaga
baterai agar tetap dalam kondisi penuh.
5. Peralatan lain.
a. PetersonCoil dan Resistor
Digunakan sebagai pentanahan titik netral yang berfungsi untuk
menyalurkan arus gangguan phase ke tanah pada sistem. Arus yang
melalui pentanahan merupakan besaran ukur untuk alat proteksi.
b. Kapasitor
Kapasitor berfungsi untuk memperbaiki faktor kerja dan tegangan dari
jaringan tenaga listrik.
c. Reaktor
Reaktor berfungsi untuk mengurangi atau membatasi arus hubung
singkat dan arus switching dalam jaringan tenaga listrik.
3.2
Sistem Proteksi
Sistem
proteksi
bertujuan
untuk
mengidentifikasi
gangguan
dan
memisahkan bagian yang terganggu dengan bagian yang tidak terganggu atau
bagian yang masih sehat dari kerusakan dan kerugian yang lebih besar.
Menurut J. Soekarto, Sistem pengaman tenaga listrik merupakan sistem
pengaman pada peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik,
23
seperti generator, bus bar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran
kabel bawah tanah, dan lain sebagainya terhadap kondisi abnormal operasi sistem
tenaga listrik tersebut (J. Soekarto, 1985).
Sistem proteksi pada gardu induk terdiri dari peralatan yang disusun
menjadi sebuah sistem, antara lain: Relai, sebagai alat perasa untuk mendeteksi
adanya gangguan untuk selanjutnya memberi perintah trip kepada PMT, trafo arus
dan trafo tegangan berfungsi sebagai pengindra besaran listrik primer dari sistem
yang diamankan ke relai (besaran listrik sekunder), pemutus tenaga (PMT)
digunakan untuk memisahkan bagian listrik yang terganggu.
3.2.1
Pembagian daerah Proteksi
Pembagian daerah proteksi pada gardu induk dapat ditunjukan pada
(Gambar 3.2). Batas-batas daerah proteksi diberlakukan karena terdapat
bermacam jenis peralatan dan perbedaan karakteristik pada pengoperasian sistem
proteksi
Gambar 3.2 Pembagian daerah proteksi pada gardu induk
24
Pada pembagian daerah proteksi tersebut dapat dibagi menjadi beberapa
bagian, antara lain:
a. Proteksi trafo tenaga dan penyulang
b. Proteksi busbar atau kopel
c. Proteksi Penghantar
d. Proteksi Reaktor dan kapasitor
3.2.2
Jenis gangguan pada gardu induk
Pada dasarnya sebuah gangguan pada sistem tenaga listrik mempunyai
sebab, dapat terjadi karena gangguan pada sistem dan gangguan non sistem.
Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat juga terjadi pada bagian pembangkit,
transmisi, dan distribusi. Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera
diketahui dan dipisahkan dari bagian lainnya secepat mungkin agar kerugian yang
lebih bear dapat terhindarkan.
A. Gangguan sistem
Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik
seperti pada generator, transformator, SUTT, SKTT dan lain sebagainya.
Gangguan sistem dapat dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan
ganguan temporer. Gangguan temporer adalah gangguan yang dapat hilang
dengan sendirinya setelah PMT terbuka, misalnya sambaran petir yang
menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada keadaaan tersebut PMT
dapat dimasukan kembali, secara manual atau otomatis dengan auto recloser.
Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya,
sedangankan pemulihan diperlukan perbaikan (trobel pada peralatan).
B. Gangguan non sistem
PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada
sistem, dapat juga PMT terbuka akibat relai yang bekerja sendiri atau kabel
kontrol yang terbuka atau oleh sebab intervensi dan lain sebagainya.
Gangguan seperti ini disebut gangguan non sistem .
Jenis gangguan non sistem antara lain:
a. Kerusakan komponen relai
25
b. Kabel kontrol terhubung singkat
c. Intervensi atau induksi pada kabel kontrol
3.2.3
Syarat-syarat sistem proteksi
A. Sensitif
Suatu relai proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau bagian
tertentu
dari
sistem
tenaga
listrik
yang
masuk
dalam
jangkauan
pengamanannya. Relai proteksi harus mempunyai sifat sensitif dengan
gangguan yang terjadi dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya
hanya mengetripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian yang
terganggu, sedangkan bagian yang sehat tidak boleh terganggu dan terbuka.
B. Selektif
Selektifitas dari relai proteksi adalah suatu kualitas kecermatan
pemilihan dalam penanganan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu
sistem karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah
yang terputus menjadi lebih kecil.
Relai proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau
gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada
kondisi normal atau pada gangguan yang terjadi diluar daerh pengamanannya.
C. Cepat
Makin cepat relai proteksi bekerja, tiak hanya dapat memperkecil
kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan
meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.
D. Andal
Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu relai
proteksi tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin sampai bertahuntahun, tetapi relai proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, jika
relai gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pada
peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya relai lain
terganggu, sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas.
Untuk mendapatkan keandalan maka perawatan periodik perlu dilaksanakan.
26
E. Ekonomis
Dengan biaya yang sekecil-kecilnya diharapkan relai proteksi
mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.
F. Sederhana
Perangkat relai proteksi disyaratkan mempunyai bentuk sederhana dan
fleksibel.
3.2.4
Klasifikasi pengaman
A. Pengaman utama
Pengaman utama adalah sistem proteksi yang prioritas bekerjanya
untuk mengamankan gangguan atau menghilangkan kondisi tidak normal
pada sistem tenaga listrik. Sistem proteksi tersebut bekerja saat terjadinya
gangguan dalam kawasan yang harus dilindunginya. (IEC 15-05-025)
Ciri-ciri pengaman utama:
a. Waktu bekerjanya sangat cepat (basic time) atau tidak ada waktu tunda
(time delay)
b. Tidak bisa dikoordinasikan dengan relai proteksi lainnya (independen)
c. Daerah kerjanya terbatas.
B. Pengaman cadangan
Pengaman cadangan (back up) adalah suatu sistem proteksi yang
dirancang untuk bekerja ketika terjadi gangguan pada sistem tetapi tidak
dapat diamankan atau tidak terdeteksinya dalam kurun waktu tertentu karena
kerusakan atau ketidakmampuan proteksi yang lain (proteksi utama) untuk
mentriger PMT yang tepat. Sebagai pengganti bagi proteksi utama pada
waktu proteksi utama gagal atau tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya.
(IEC 16-05-030)
Ciri-ciri pengaman Backup:
a. Waktu kerjanya lebih lambat atau ada waktu tunda (time delay), untuk
memberi kesempatan pengaman utama bekerja lebih dulu.
27
b. Relai pengaman cadangan harus dikoordinasikan dengan relai proteksi
pengaman cadangan lainnya disisi lain.
c. Secara sistem, proteksi cadangan terpisah dari proteksi utama.
3.2.5
Penyebab terjadinya kegagalan proteksi
Kegagalan atau kelambatan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain:
a. Relai telah rusak sehingga bekerja tidak konsisten.
b. Setelan relai tidak benar (kurang sensitif atau kurang cepat).
c. Baterai lemah atau kegagalan sistem DC suply sehingga tidak mampu
mengetripkan PMT-nya.
d. Hubungan kontak kurang baik pada sirkit triping atau terputus.
e. Kemacetan mekanisme tripping pada PMT-nya karena kotor, karat, patah atau
meleset.
f. Kegagalan PMT dalam memutuskan arus gangguan yang disebabkan oleh
arus
gangguannya terlalu
besar melampaui
kemampuan
pemutusan
(interupting capability), atau kemampuan pemutusannya telah menurun.
g. Kurang sempurnanya rangkaian sistem proteksi antara lain adanya hubungan
kontak yang kurang baik.
h. Kegagalan saluran komunikasi teleproteksi.
i. Trafo arus terlalu jenuh.
3.2.6
Perangkat sistem proteksi
Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang
terdiri dari komponen-komponen berikut :
a. Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang
selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT).
b. Trafo arus dan trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik
primer dari sistem yang diamankan ke rele (besaran listrik sekunder).
c. Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu.
d. Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk
bekerjanya relai, peralatan bantu triping.
28
e. Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau
tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu.
Secara garis besar bagian dari relai proteksi terdiri dari tiga bagian utama,
seperti pada blok diagram (gambar 3.3).
Gambar 3.3 Blok diagram utama rele proteksi
Masing-masing elemen/ bagian mempunyai fungsi sebagai berikut:
a. Elemen pengindra
Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti
arus,
tegangan,
frekuensi,
dan
sebagainya
tergantung
relai
yang
dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan
keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau
dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke
elemen pembanding.
b. Elemen pembanding
Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu
besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk
membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran
arus kerja relai.
c.
Elemen penentu
Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada
besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT
atau memberikan sinyal.
29
Pada sistem proteksi menggunakan relai proteksi sekunder, digambarkan
pada (gambar 3.4). Transformator arus (CT) berfungsi sebagai alat pengindra
yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau
mendapat gangguan.
Gambar 3.4 Rangkaian relai proteksi sekunder.
3.2.7
Fungsi dan peranan relai proteksi
Maksud
dan
tujuan
pemasangan
relai
proteksi
adalah
untuk
mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari
bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih
sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :
a. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat
membahayakan peralatan atau sistem.
b. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang
mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan
instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau
dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat
beroperasi.
c. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.
d. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada
konsumen.
e. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
30
3.3
Transformator Tenaga
Transformator Daya adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi
untuk menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan
rendah atau sebaliknya.Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator
dapat dikatakan jantung dari transmisi dan distribusi.Dalam kondisi ini suatu
transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa secara
terus menerus tanpa berhenti).Mengingat kerja keras dari satu transformator
seperti itu, maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin.Oleh karena itu
transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang
benar,baik dan tepat.Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian-bagian
transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian
lainnya.
Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator
500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformer (IBT).
Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut juga trafo distribusi.Titik netral
transformator ditanahkan sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan /
proteksi,sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di
sisi netral 150 kV dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah
atau tahanan tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti :
1. Transformator Mesin (Pembangkit)
2. Transformator Gardu Induk
3. Transformator Distribusi
Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti :
1. Transformator besar
2. Transformator sedang
3. Transformator kecil
3.3.1 Bagian Konstruksi Transformator Tenaga
A. Bagian Utama
1. Inti besi
31
Inti besi digunakan sebagai media jalannya flux yang timbul akibat
induksi arus bolak-balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi
sehingga dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk
dari lempengan-lempengan besi tipis berisolasi yang disusun sedemikian
rupa.
Gambar 3.5 Inti besi pada transformator tenaga
2. Kumparan transformator
Belitan terdiri dari batang tembaga berisolasi yang mengelilingi inti
besi, dimana saat arus bolak-balik mengalir pada belitan tembaga
tersebut, inti besi akan terinduksi dan menimbulkan flu magnetik.
Gambar 3.6 Kumparan tembaga pada transformator
3. Bushing
Bushing merupakan sarana penghubung antara belitan dengan
jaringan luar. Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang diselubungi
oleh isolator. Isolator tersebut berfungsi sebagai penyekat antara
konduktor bushing dengan Body main tank transformator.
32
Gambar 3.7 Bushing pada transformator tenaga
4. Tangki Konservator
Saat terjadinya kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak
isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah, sebaliknya saat
terjadi penurunan suhu operasi, maka minyak akan menyusut dan volume
minyak akan turun. Konservator digunakan untuk menampung minyak
pada saat transformator mengalami kenaikan suhu.
Gambar 3.8 Tangki konservator pada transformator tenaga
B. Peralatan Bantu
1. Pendingin
Suhu transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh
kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu sendiri dan suhu
lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya
33
isolasi kertas pada transformator. Oleh karena itu pendingin yang efektif
sangat diperlukan.
Minyak isolasi transformator selain merupakan media isolasi juga
berfungsi sebagai pendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang
berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya
dan akan diinginkan pada sirip-sirip radiator. Adapun proses pendinginan
ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi guna
meningkatkan efisiensi pendinginan.
Gambar 3.9 Radiator pada transformator tenaga tenaga
2. Tap Changer
Kesetabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu
hal yang dinilai sebagai kualitas tegangan. Transformator tenaga dituntut
memiliki nilai tegangan output yang stabil sedangkan besarnya tegangan
input tidak selalu sama. Dengan mengubah banyaknya belitan pada sisi
primer diharapkan dapat merubah rasio antara belitan primer dan
sekunder, dengan demikian tegangan output pun dapat disesuaikan
dengan kebutuhan sistem. Proses perubahan rasio ini dapat dilakukan
pada saat trafo berbeban atau tidak berbeban.
34
Keterangan:
1. Kompartemen diverterswitch
2. Selektorswitch
Gambar 3.10 OLTC pada Trafo tenaga
3. Alat Pernafasan (DehydrationBreather)
Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat
pemuaian dan penyusutan minyak, volume udara di dalam konservator
pun akan bertambah dan berkurang. Penambahan atau pembuangan udara
dalam konservator akan berhubungan dengan udara luar. Agar minyak
isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen
dari luar maka udara yang akan masuk ke dalam konservator akan difilter
melalui silicagel.
Gambar 3.11 Alat pernafasan transformator dengan silica gel.
C. Peralatan Proteksi
1. Peralatan Proteksi mekanik
a. Relai suhu
35
Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan
dipengaruhi oleh kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu
sendiri dan suhu lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan
mengakibatkan rusaknya isolasi kertas pada transformator.
Untuk mengetahui suhu operasi dan indikasi ketidaknormalan
suhu operasi pada transformator digunakan relai termal. Relai termal
ini terdiri dari sensor suhu berupa thermocouple, pipa kapiler dan
meter penunjukan.
Gambar 3.12 Bagian-bagian relai suhu
b. Relai Bucholtz tangki utama
Pada saat transformator mengalami gangguan internal yang
berdampak kepada suhu yang sangat tinggi dan pergerakan mekanis
didalam transformator, maka akan timbul tekanan aliran minyak
yang besar dan pembentukan gelembung gas yang mudah terbakar.
Tekanan minyak maupun gelembung gas ini akan dideteksi oleh
relaibucholtz sebagai indikasi telah terjadinya gangguan internal.
Gambar 3.13 RelaiBucholtz
36
c. Relai tekanan lebih tangki utama
Relai tekanan lebih ini didesain sebagai titik terlemah saat
tekanan di dalam trafo muncul akibat gangguan. Dengan
menyediakan titik terlemah maka tekanan akan tersalurkan melalui
suddenpreasure dan tidak akan merusak bagian lainnya pada main
tank.
Gambar 3.14 Relai tekanan lebih tangki utama atau
relaisuddenpressure
d. Relai tekanan lebih OLTC (Jansen)
Sama halnya seperti relaibucholtz yang memanfaatkan
tekanan minyak dan gas yang terbentuk sebagai indikasi adanya
ketidaknormalan atau gangguan, hanya relai ini digunakan untuk
memproteksi kompartemen OLTC. Rele ini juga dipasang pada pipa
saluran
yang
menghubungkan
kompartemen
OLTC
dengan
konservator.
2. Peralatan proteksi elektrik
a. Relai diferensial
Relai Diferensial pada prinsipnya adalah sama saja dengan
relai arus lebih hanya saja lebih peka karena harus bekerja terhadap
arus yang kecil. Perbedaan dengan relai arus lebih terletak pada
rangkaian listrik yang bertugas mendeteksi arus.
37
Gambar 3.15 Contoh relai diferensial dan diagram rangkainnya.
b. Relai gangguan fasa ke tanah terbatas (REF)
Relai restrictedearthfault (REF) merupakan salah satu
proteksi utama pada transformator yang prinsip kerjanya sama
dengan diferensial relai, perbedaannya REF dipergunakan untuk
pengamanan transformator terhadap gangguan fasa ke tanah,
khususnya paling dekat dengan titik bintang transformator. REF
dipasang pada belitan transformator dengan konfigurasi Y yang
ditanahkan.
REF terdiri dari 2 jenis:
1. REF jenis low impedance, parameter kerjanya adalah arus
minimum.
2. REF jenis High impedance, parameter kerjanya adalah tegangan
minimum ataupun arus minimum.
c. Relai arus lebih (OCR)
Merupakan relai Pengaman yang bekerja karena adanya
besaran arus dan terpasang pada Jaringan Tegangan tinggi, Tegangan
menengah juga pada pengaman Transformator tenaga. Relai ini
berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya
gangguan phasa-phasa.
Jenis Relai Arus Lebih:
1. Relai invers; waktu kerjanya tergantung kepada besarnya arus
hubung singkat, makin besar makin cepat. Pada koordinasi
antara relai-relaiinvers berlaku koordinasi arus dan waktu
sekaligus.
38
2. Relai Cepat; digunakan dalam kombinasi dengan relai
definit/invers apabila diperlukan waktu kerja yang lebih cepat
misalnya jika terjadi gangguan dengan arus hubung singkat
besar.
3. Relai Definit; bekerjanya tidak tergantung kepada besarnya arus
hubung singkat yang melaluinya. Waktu kerjanya disetel
tertentu dan biasanya dikoordinasikan dengan waktu kerja
pengaman didepan dan dibelakangnya.
Gambar 3.16 Relai arus lebih
d. Relai gangguan ke tanah (GFR)
Relai hubung tanah merupakan relai Pengaman yang bekerja karena
adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan Tegangan
tinggi,Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator
tenaga.
Proteksi utama
transformator tenaga secara elektronis pada
hakikatnya menggunakan relai diferensial dan relai RestrictedEarthFault
(REF)
sebagai
proteksi
utama.
Sedangkan
proteksi
cadangan
menggunakan relai arus lebih (OCR) dan relai gangguan ke tanah (GFR).
Sedangkan StandbyEarthFault (SBEF) umumnya hanya digunakan pada
transformator belitan Y (bintang) yang ditanahkan dengan resistor yang
39
berfungsi lebih mengamankan NGR. Pola dan skema proteksi dapat
dilihat pada (Gambar 3.17 dan gambar 3.18).
Gambar 3.17 Pola proteksi pada Gardu Induk 150/20 kV.
Gambar 3.18 Skema proteksi trafo tenaga 150/20 kV
40
3.4 Relai Diferensial
Proteksi diferensial merupakan salah satu pelindung utama pada
transformator
tenaga.
Relai
ini
sangat
selektif
sehingga
tidak
perlu
dikoordinasikan dengan relai proteksi lainnya, bekerja saat cepat, dan tidak
memerlukan waktu tunda.
A. Sifat relai diferensial
Relai diferensial mempunyai sifat antara lain:
-
Sangat selektif dan cepat
-
Sebagai pengaman utama
-
Tidak dapat digunakan sebagai pengaman cadangan
-
Daerah pengamanannya dibatasi oleh pemasangan trafo arus (CT)
B. Aplikasi Relai diferensial
Relai diferensial digunakan sebagai pengaman utama untuk:
-
Transformator tenaga
-
Busbar
3.4.1 Relai proteksi diferensial unbias
Prinsip kerja relai proteksi diferensial adalah membandingkan dua vektor
arus atau lebih yang masuk ke relai (lihat gambar 3.19) apa bila pada sisi primer
trafo arus(CT1) dialiri arus I1, maka pada sisi primer trafo arus (CT2) akan mengalir
arus I2, pada saat yang sama sisi sekunder kedua trafo arus (CT 1 dan CT2), akan
mengalir arus i1 dan i2 yang besarnya tergantung dari rasio yang terpasang, jika
besarnya i1 = i2 maka relai tidak bekerja, karena tidak ada selisih arus (∆i = 0),
tetapi jika besarnya arus i1 ≠ i2 maka relai akan bekerja, karena adanya selisih arus
(∆i ≠ 0). Selisih arus ini disebut arus diferensial. arus inilah yang menjadi dasar
bekerjanya relai diferensial.
Dalam keadaan normal (tidak ada gangguan), arus yang mengalir kerelai
pengaman sama dengan nol, arus hanya bersikulasi dalam sirkit sekunder kedua
trafo arus (CT). Untuk daerah pengamanan dari relai diferensial dibatasi antara
dua buah CT (Gambar 3.19)
41
Gambar 3.19 Gambar sederhana relai diferensial unbias
Agar relai diferensial dalam kondisi normal (tidak terjadi gangguan) relai
tidak bekerja, maka persyaratannya adalah sebagai berikut :
1.
CT
1
danCT2 (maupun ACT nya) harus mempunyai rasio sedemikian
sehingga besar arus i1 = i2
2.
Sambungan dan polaritas CT1 dan CT2 maupun ACT nya harus benar.
3.4.2
Relai proteksi diferensial bias (Percentage Relay Diferential)
Pada saat kondisi normal (tidak ada gangguan) didalam daerah
pengamanan, ada kemungkinan muncul arus tidak seimbang (∆i’) sehingga relai
pengaman salah kerja. Penyebab timbulnya arus tidak seimbang (∆i’) lihat
(Gambar 3.20), dapat disebabkan oleh :
-
Karakteristik kelengkungan magnetik dari CT1 dan CT2, terutama pada arus
hubung singkat yang besar yang menyebabkan arus sekunder tidak lagi linier
terhadap arus primer karena kejenuhan CT.
-
Perubahan posisi tap changer trafo tenaga.
-
Inrush Current.
42
Gambar 3.20 Karakteristik dari trafo arus
Dengan melihat adanya perbedaan arus (∆i’) diantara kedua CT yang
terpasang, dibuatlah relai diferensial
jenis persentase yang mempunyai
karakteristik kerja mengikuti kemungkinan terjadi ∆i’. Untuk mencegah arus
gangguan (IF) yang besar diluar daerah pengamanannya
maka pada relai
diferensial dipasang kumparan penahan (restrain) pada kedua sisinya
dapat
dilihat dalam (gambar 3.20), kumparan penahan inilah yang menahan relai tidak
bekerja apa bila terjadi arus gangguan yang besar, karena makin besar arus
gangguan yang melewati relai makin besar pula kopel penahan yang dihasilkan
oleh kumparan penahan sehingga relai tidak bekerja.
Torsi penahan akan membuat kontak pemutus relai diferensial persentase
tetap pada posisi membuka. Torsi penahan tersebut sebanding dengan jumlah
vektoris arus-arus masuk dan keluar.
Gambar 3.21 Relay Percentage
Diferential
43
43
Penjelasan :
Wr = Kumparan restraint ( penahan )
Wo = Kumparan operating ( kerja )
P
= Pegas
Wr = Menimbulkan kopel penahan
Wo = Menimbulkan kopel Kerja
P
= Menimbulkan kopel pegas T
Persamaan yang digunakan:
Tm = K1. Wo2.Io min
Io min = arus kerja minimum pada saat arus restrain
(Ir = 0)
Relai tidak bekerja :
To< Tr + Tm
Relai bekerja :
To> Tr + Tm
K1.Wo2.Io2
= K2.WR2.IR2 + K1.Wo2.Io 2 min2
Io2 =
K2 Wr 2
K 1 Wo 2
Ir2 + Io2 min
Pada saat gangguan Io min dapat diabaikan :
Io2 = KR2. IR2
Io
KR2 =
K2 Wr 2
K 2 Wo 2
= KR.IR Jadi
KR =
Io
IR
KR = Faktor restraint yang dinyatakan dalam persen
= 10, 20, 30, 40, 50%
3.4.3
Kerja Proteksi relai diferensial jika terjadi gangguan
a. Jika terjadi gangguan didalam daerah pengamanannya
Jika relai differensial dipasang sebagai proteksi suatu peralatan dan
terjadi gangguan didaerah pengamanannya maka relai diferensial harus
bekerja, seperti terlihat pada gambar 3.22, pada saat CT1 mengalir arus I1
maka pada CT2 tidak ada arus yang mengalir (I2 = 0), disebabkan karena arus
44
gangguan mengalir pada titik gangguan sehingga pada CT2 tidak ada arus
yang mengalir, maka disisi sekunderr CT2 tidak ada arus yang mengalir (i2=0)
yang mengakibatkan i1 ≠ i2 (1 ≠ 0) sehingga relai diferensial bekerja .
Gambar 3.22 Relai diferensial jika terjadi ganguan
didalam daerah pengamanan
b. Jika terjadi gangguan diluar daerah pengamanan
Apabila terjadinya gangguan diluar daerah pengamanannya maka relai
diferensial tidak bekerja lihat gambar 3.23, pada saat sisi primer kedua CT
dialiri arus I1 dan I2, dengan adanya rasio CT1 dan CT2 yang sedemikian,
maka besar arus yang mengalir pada sekunder CT1 dan CT2 yang menuju relai
besarnya sama (i1 = i2) atau dengan kata lain tidak ada selisih arus yang
mengalir pada relai sehingga relai tidak bekerja, karena sirkulasi arus
gangguan
diluar
daerah
pengamanan
kerja
relai
diferensial
tidak
mempengaruhi arus yang mengalir pada kedua CT yang terpasang pada
peralatan yang diproteksi, karena apa bila pada arus primer CT! dan CT2
mengalir arus gangguan dengan adanya perbandingan rasio trafo arus pada
sisi sekunder juga akan mengalir arus gangguan yang besarnya i1 = i2
sehingga relai diferensial tidak bekerja karena tidak ada perbandingan arus
(∆i = 0).
45
i = 0
Gambar 3.23 relai diferensial jika terjadi gangguan
diluar daerah pengamanannya.
3.4.4
Seting relai diferensial sebagai pengaman transformator daya
Untuk menyetel atau menyetting relai diferensial diperlukan :
a. Data peralatan yang diperlukan untuk menyetel relai diferensial adalah
sebagai berikut :
-
Trafo daya meliputi : Daya nominal, sistem tegangan dan vektor grup.
(Sambungan trafo arus)
-
Trafo arus (CT): meliputi: Rasio CT
-
Trafo arus bantu (ACT) meliputi: Rasio ACT
-
Type relai diferensial yang digunakan.
b. Perhitungan relai diferensial :
-
Menghitung Arus nominal trafo daya dari sisi primer dan sisi sekunder :
In = MVA Trafo/ 3.VL
-
(Tergantung wektor group trafo)
Menghitung besar arus sekunder CT yang terpasang pada sisi primer dan
sekunder trafo daya :
i’S CT = IS/IP X In trafo
-
Menghitung Arus sekunder ACT ( arus yang menuju relai)
i”SACT = arus secunder CT X rasio ACT X 3
46
-
Menghitung besarnya ketidak seimbangan arus(∆i) yang sebenarnya
(ideal) adalah :
∆i = (i1 – i2)/ Inominal relai X 100%
-
Maka untuk menyetel besarnya g% (arus kerja minimum) pada relai
diferensial, adalah lebih besar dari ∆i.
Sedangkan penyetelan
V% (faktor restrain) digunakan untuk memilih
kecuraman karakteristik, dimana untuk penyetelan V% tergantung dari besarnya
arus gangguan diluar daerah pengamanan.
3.4.5
Karakteristik relai diferensial
(Gambar 3.24) menunjukan karakteristik persentage diferensial, bila
terjadi arus gangguan yang besar akan menimbulkan perbedaan arus (∆i’), tetapi
relai tidak bekerja.
arus operating
(Io)
Daerah kerja
Daerah blok
tg = V
Io min
g%
i1 + i2
2
Gambar 3.24 Karakteristik persentase diferensial
Kecuraman Karakteristik (slope) dapat diatur dengan memilih KR ( V% )
dan Iomin dinyatakan dalam g%, besarnya Io min diyatakan dalam persen dari
arus nominal relai (In).g% yang menunjukan arus kerja minimum hal ini dimaksud
untuk mengatasi keadaan :
-
Ketidak seimbangan antara arus i1 dan i2.
-
Ketidak seimbangan antara CT bantu.
-
Arus magnetisasi.
-
Perubahan rasio trafo daya akibat perubahan tap Changer.
47
Sedangkan V% adalah untuk mengantisipasi besaran arus kerja relai (I),
yang disebabkan oleh kejenuhan CT1 dan CT2. jika terjadi gangguan diluar
(eksternal) transformator.
Tabel 3.1 Komposisi arus saat trafo daya dienergise atau gangguan
KOMPONEN
ARUS
ARUS INRUSH
ARUS GANGGUAN
SIKLUS
KE 1
SIKLUS
KE 21
SIKLUS
KE 3
CT
TIDAK JENUH
CT
JENUH
DC
58
58
58
38
0
HARMONISA
KE 1
HARMONISA
KE 2
HARMONISA
KE 3
HARMONISA
KE 4
HARMONISA
KE 5
100
100
100
100
100
62
63
65
9
4
25
28
30
4
32
4
5
7
7
9
2
3
3
4
2
DASAR TEORI
3.1
Gardu Induk
Gardu induk (GI) merupakan sebuah komponen dalam sistem tenaga
listrik yang digunakan sebagai tempat meningkatkan tegangan menengah yang
dibangkitkan generator menjadi tegangan transmisi. Setelah dekat dengan daerahdaerah yang menggunakan energi listrik tegangan diturunkan juga dalam gardu
induk. Menurut Abdul Kadir menyatakan, “Menyalurkan energi listrik melalui
jarak-jarak yang jauh harus dilakukan dengan tegangan yang tinggi untuk
memperkecil kerugian-kerugian yang terjadi, baik rugi-rugi energi, maupun
penurunan tegangan”. (Abdul Kadir, 1998:1).
Selain dari pada itu menurut Djiteng Marsudi mengatakan, “Setiap GI
sesungguhnya merupakan pusat beban untuk suatu daerah pelanggan tertentu”.
( Djiteng Marsudi 2006:5)
Gambar 3.1 Gardu induk pasang luar
3.1.1
Pengertian Gardu Induk
Gardu Induk adalah suatu instalasi yang terdiri dari peralatan listrik yang
berfungsi untuk:
1.
Transformasi tenaga listrik tegangan tinggi yang satu ke tegangan tinggi yang
lainnya atau tegangan menengah.
18
19
2.
Pengukuran, pengawasan operasi serta pengaturan pengamanan dari sistem
tenaga listrik.
3.
Pengaturan daya ke gardu-gardu induk lain melalui tegangan tinggi dan
gardu-gardu induk distribusi melalui feeder tegangan menengah.
3.1.2
Klasifikasi Gardu Induk menurut penempatan peralatan
Menurut penempatan peralatan, Gardu Induk dapat di klasifikasikan:
1. Gardu Induk pasang dalam
Gardu Induk dimana semua peralatan (switch gear, isolator dan lain
sebagainya) dipasang di dalam gedung atau ruang tertutup.
2. Gardu Induk pasang luar
Gardu Induk dimana semua peralatan (switch gear, isolator dan lain
sebagainya) di tempatkan pada udara terbuka.
3. Gardu Induk setengah pasang dalam dan setengah pasang luar
Gardu Induk ini adalah merupakan paduan dari Gardu Induk Pasang dalam
dan Gardu Induk pasang luar.
4. Gardu Induk bawah tanah
Gardu ini biasa digunakan di pusat kota atau pada gedung pencakar langit.
5. GIS (Gas Insulated Substation)
Gardu Induk dimana semua peralatan dimasukan dalam kompartemen yang
berisi gas untuk isolasi.
3.1.3
Anatomi Sistem Gardu Induk
1. Trafo Tenaga
Trafo Tenaga berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya dari tegangan
tinggi ke tegangan menengah atau sebaliknya (mentransformasikan
tegangan).
2. Peralatan sisi primer
a. Lightning Arrester
Lightning Arrester berfungsi untuk mengamankan instalasi (peralatan
listrik pada instalasi) dari gangguan tegangan lebih yang di akibatkan
oleh sambaran petir maupun oleh surja hubung.
20
b. Spark Rod
Spark Rod berfungsi sebagai pengaman peralatan terhadap tegangan
lebih.
c. Pemutus tenaga (PMT)
Pemutus tenaga (PMT) berfungsi untuk memutuskan hubungan tenaga
listrik dalam keadaan gangguan maupun dalam keadaan berbeban dengan
proses yang cepat. Pemutusan tenaga listrik dalam keadaan gangguan
akan menimbulkan arus yang relative besar, pada saat tersebut PMT
bekerja sangat berat. Bila kondisi peralatan PMT menurun karena
kurangnya pemeliharaan, sehingga tidak sesuai dengan daya yang
diputuskan, maka PMT akan rusak (meledak).
d. Pemisah (PMS)
-
Pemisah tanah
Berfungsi untuk mengamankan peralatan dari sisa tegangan yang
timbul sesudah SUTT diputuskan, atau induksi tegangan dari
penghantar, hal ini perlu untuk keamanan dari orang yang bekerja
pada instalasi.
-
Pemisah peralatan
Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan yang
bertegangan. Semua pemisah dioperasikan tanpa beban.
e. CurrentTransformer (CT)
Berfungsi untuk menurunkan arus besar pada tegangan tinggi menjadi
arus kecil pada tegangan rendah untuk keperluan pengaman (proteksi)
dan pengukuran (metering)
f. Potential Transformer (PT)
Berfungsi untuk menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah,
yang diperlukan untuk alat-alat ukur (metering) dan alat pengaman
(proteksi).
21
g. Busbar
Busbar atau bay penghantar berfungsi sebagai titik pertemuan atau
hubungan trafo-trafo tenaga, SUTT – SUTT dan peralatan listrik lainnya
untuk menerima dan menyalurkan tenaga atau daya listrik.
3. Peralatan sisi sekunder
Peralatan sisi sekunder sama dengan peralatan sisi primer.
4. Peralatan Control Room
Digunakan untuk mengontrol pelayanan gardu induk dari suatu tempat dari
dalam gedung kontrol yang terdiri dari:
a. Panel kontrol
Jenis panel kontrol yang ada dalam gardu induk terdiri dari:
-
Panel kontrol utama, terdiri dari panel instrumen dan panel operasi.
Pada panel instrumen terpasang alat-alat ukur dan indikator
gangguan, dari panel ini alat-alat dapat diawasi dalam keadaan
sedang beroperasi. Pada panel operasi terpasang sakelar operasi dari
PMT, PMS serta lampu indikator posisi sakelar dan diagram bay
penghantar.
Diagram bay penghantar, sakelar dan lampu indikator diatur letak
dan hubungannya sesuai dengan rangkaian yang sesungguhnya
sehingga keadaannya dapat dilihat dengan mudah.
-
Panel rele, pada panel ini terpasang pengaman untuk SUTT, rele
pengaman untuk trafo dan sebagainya. Bekerjanya rele dapat
diketahui dari penunjukan pada rele itu sendiri dan pada indikator
gangguan di panel kontrol utama.
-
Panel pemakaian sendiri, pada panel ini digunakan sebagai
penunjang listrik yang digunakan untuk keperluan operasi gardu
induk.
b. Telekomunikasi (SCADATEL)
Pada bagian ini digunakan sebagai peralatan penunjang tercapainya
operasi sistem yang handal dan mempermudah dalam pengoperasian.
Pada bagian ini terdapat Telepon, Radio pemancar, PLC , dan SCADA.
22
c. Batere
Sumber tenaga untuk sistem kontrol dan proteksi selalu harus
mempunyai keandalan dan stabilitas tinggi, maka batere dipakai sebagai
sumber tenaga kontrol dan proteksi di dalam gardu induk. Peranan
batere sangat penting karena saat terjadi gangguan batere digunakan
sebagai backup tenaga listrik untuk menggerakan alat proteksi dan
kontrol.
d. Rectifier
Rectifier atau Charger adalah suatu rangkaian alat listrik untuk
mengubah arus listrik bolak- balik (AC) menjadi arus searah (DC) .
Umumnya Rectifier yang terpasang di Gardu berfungsi untuk mengisi
muatan baterai, memasok daya secara kontinu ke beban dan menjaga
baterai agar tetap dalam kondisi penuh.
5. Peralatan lain.
a. PetersonCoil dan Resistor
Digunakan sebagai pentanahan titik netral yang berfungsi untuk
menyalurkan arus gangguan phase ke tanah pada sistem. Arus yang
melalui pentanahan merupakan besaran ukur untuk alat proteksi.
b. Kapasitor
Kapasitor berfungsi untuk memperbaiki faktor kerja dan tegangan dari
jaringan tenaga listrik.
c. Reaktor
Reaktor berfungsi untuk mengurangi atau membatasi arus hubung
singkat dan arus switching dalam jaringan tenaga listrik.
3.2
Sistem Proteksi
Sistem
proteksi
bertujuan
untuk
mengidentifikasi
gangguan
dan
memisahkan bagian yang terganggu dengan bagian yang tidak terganggu atau
bagian yang masih sehat dari kerusakan dan kerugian yang lebih besar.
Menurut J. Soekarto, Sistem pengaman tenaga listrik merupakan sistem
pengaman pada peralatan-peralatan yang terpasang pada sistem tenaga listrik,
23
seperti generator, bus bar, transformator, saluran udara tegangan tinggi, saluran
kabel bawah tanah, dan lain sebagainya terhadap kondisi abnormal operasi sistem
tenaga listrik tersebut (J. Soekarto, 1985).
Sistem proteksi pada gardu induk terdiri dari peralatan yang disusun
menjadi sebuah sistem, antara lain: Relai, sebagai alat perasa untuk mendeteksi
adanya gangguan untuk selanjutnya memberi perintah trip kepada PMT, trafo arus
dan trafo tegangan berfungsi sebagai pengindra besaran listrik primer dari sistem
yang diamankan ke relai (besaran listrik sekunder), pemutus tenaga (PMT)
digunakan untuk memisahkan bagian listrik yang terganggu.
3.2.1
Pembagian daerah Proteksi
Pembagian daerah proteksi pada gardu induk dapat ditunjukan pada
(Gambar 3.2). Batas-batas daerah proteksi diberlakukan karena terdapat
bermacam jenis peralatan dan perbedaan karakteristik pada pengoperasian sistem
proteksi
Gambar 3.2 Pembagian daerah proteksi pada gardu induk
24
Pada pembagian daerah proteksi tersebut dapat dibagi menjadi beberapa
bagian, antara lain:
a. Proteksi trafo tenaga dan penyulang
b. Proteksi busbar atau kopel
c. Proteksi Penghantar
d. Proteksi Reaktor dan kapasitor
3.2.2
Jenis gangguan pada gardu induk
Pada dasarnya sebuah gangguan pada sistem tenaga listrik mempunyai
sebab, dapat terjadi karena gangguan pada sistem dan gangguan non sistem.
Gangguan pada jaringan tenaga listrik dapat juga terjadi pada bagian pembangkit,
transmisi, dan distribusi. Jaringan tenaga listrik yang terganggu harus dapat segera
diketahui dan dipisahkan dari bagian lainnya secepat mungkin agar kerugian yang
lebih bear dapat terhindarkan.
A. Gangguan sistem
Gangguan sistem adalah gangguan yang terjadi di sistem tenaga listrik
seperti pada generator, transformator, SUTT, SKTT dan lain sebagainya.
Gangguan sistem dapat dikelompokkan sebagai gangguan permanen dan
ganguan temporer. Gangguan temporer adalah gangguan yang dapat hilang
dengan sendirinya setelah PMT terbuka, misalnya sambaran petir yang
menyebabkan flash over pada isolator SUTT. Pada keadaaan tersebut PMT
dapat dimasukan kembali, secara manual atau otomatis dengan auto recloser.
Gangguan permanen adalah gangguan yang tidak hilang dengan sendirinya,
sedangankan pemulihan diperlukan perbaikan (trobel pada peralatan).
B. Gangguan non sistem
PMT terbuka tidak selalu disebabkan oleh terjadinya gangguan pada
sistem, dapat juga PMT terbuka akibat relai yang bekerja sendiri atau kabel
kontrol yang terbuka atau oleh sebab intervensi dan lain sebagainya.
Gangguan seperti ini disebut gangguan non sistem .
Jenis gangguan non sistem antara lain:
a. Kerusakan komponen relai
25
b. Kabel kontrol terhubung singkat
c. Intervensi atau induksi pada kabel kontrol
3.2.3
Syarat-syarat sistem proteksi
A. Sensitif
Suatu relai proteksi bertugas mengamankan suatu alat atau bagian
tertentu
dari
sistem
tenaga
listrik
yang
masuk
dalam
jangkauan
pengamanannya. Relai proteksi harus mempunyai sifat sensitif dengan
gangguan yang terjadi dengan rangsangan minimum dan bila perlu hanya
hanya mengetripkan pemutus tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian yang
terganggu, sedangkan bagian yang sehat tidak boleh terganggu dan terbuka.
B. Selektif
Selektifitas dari relai proteksi adalah suatu kualitas kecermatan
pemilihan dalam penanganan pengamanan. Bagian yang terbuka dari suatu
sistem karena terjadinya gangguan harus sekecil mungkin, sehingga daerah
yang terputus menjadi lebih kecil.
Relai proteksi hanya akan bekerja selama kondisi tidak normal atau
gangguan yang terjadi didaerah pengamanannya dan tidak akan bekerja pada
kondisi normal atau pada gangguan yang terjadi diluar daerh pengamanannya.
C. Cepat
Makin cepat relai proteksi bekerja, tiak hanya dapat memperkecil
kemungkinan akibat gangguan, tetapi dapat memperkecil kemungkinan
meluasnya akibat yang ditimbulkan oleh gangguan.
D. Andal
Dalam keadaan normal atau sistem yang tidak pernah terganggu relai
proteksi tidak bekerja selama berbulan-bulan mungkin sampai bertahuntahun, tetapi relai proteksi bila diperlukan harus dan pasti dapat bekerja, jika
relai gagal bekerja dapat mengakibatkan kerusakan yang lebih parah pada
peralatan yang diamankan atau mengakibatkan bekerjanya relai lain
terganggu, sehingga daerah itu mengalami pemadaman yang lebih luas.
Untuk mendapatkan keandalan maka perawatan periodik perlu dilaksanakan.
26
E. Ekonomis
Dengan biaya yang sekecil-kecilnya diharapkan relai proteksi
mempunyai kemampuan pengamanan yang sebesar-besarnya.
F. Sederhana
Perangkat relai proteksi disyaratkan mempunyai bentuk sederhana dan
fleksibel.
3.2.4
Klasifikasi pengaman
A. Pengaman utama
Pengaman utama adalah sistem proteksi yang prioritas bekerjanya
untuk mengamankan gangguan atau menghilangkan kondisi tidak normal
pada sistem tenaga listrik. Sistem proteksi tersebut bekerja saat terjadinya
gangguan dalam kawasan yang harus dilindunginya. (IEC 15-05-025)
Ciri-ciri pengaman utama:
a. Waktu bekerjanya sangat cepat (basic time) atau tidak ada waktu tunda
(time delay)
b. Tidak bisa dikoordinasikan dengan relai proteksi lainnya (independen)
c. Daerah kerjanya terbatas.
B. Pengaman cadangan
Pengaman cadangan (back up) adalah suatu sistem proteksi yang
dirancang untuk bekerja ketika terjadi gangguan pada sistem tetapi tidak
dapat diamankan atau tidak terdeteksinya dalam kurun waktu tertentu karena
kerusakan atau ketidakmampuan proteksi yang lain (proteksi utama) untuk
mentriger PMT yang tepat. Sebagai pengganti bagi proteksi utama pada
waktu proteksi utama gagal atau tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya.
(IEC 16-05-030)
Ciri-ciri pengaman Backup:
a. Waktu kerjanya lebih lambat atau ada waktu tunda (time delay), untuk
memberi kesempatan pengaman utama bekerja lebih dulu.
27
b. Relai pengaman cadangan harus dikoordinasikan dengan relai proteksi
pengaman cadangan lainnya disisi lain.
c. Secara sistem, proteksi cadangan terpisah dari proteksi utama.
3.2.5
Penyebab terjadinya kegagalan proteksi
Kegagalan atau kelambatan kerja proteksi dapat disebabkan antara lain:
a. Relai telah rusak sehingga bekerja tidak konsisten.
b. Setelan relai tidak benar (kurang sensitif atau kurang cepat).
c. Baterai lemah atau kegagalan sistem DC suply sehingga tidak mampu
mengetripkan PMT-nya.
d. Hubungan kontak kurang baik pada sirkit triping atau terputus.
e. Kemacetan mekanisme tripping pada PMT-nya karena kotor, karat, patah atau
meleset.
f. Kegagalan PMT dalam memutuskan arus gangguan yang disebabkan oleh
arus
gangguannya terlalu
besar melampaui
kemampuan
pemutusan
(interupting capability), atau kemampuan pemutusannya telah menurun.
g. Kurang sempurnanya rangkaian sistem proteksi antara lain adanya hubungan
kontak yang kurang baik.
h. Kegagalan saluran komunikasi teleproteksi.
i. Trafo arus terlalu jenuh.
3.2.6
Perangkat sistem proteksi
Proteksi terdiri dari seperangkat peralatan yang merupakan sistem yang
terdiri dari komponen-komponen berikut :
a. Relay, sebagai alat perasa untuk mendeteksi adanya gangguan yang
selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT).
b. Trafo arus dan trafo tegangan sebagai alat yang mentransfer besaran listrik
primer dari sistem yang diamankan ke rele (besaran listrik sekunder).
c. Pemutus Tenaga (PMT) untuk memisahkan bagian sistem yang terganggu.
d. Batere beserta alat pengisi (batere charger) sebagai sumber tenaga untuk
bekerjanya relai, peralatan bantu triping.
28
e. Pengawatan (wiring) yang terdiri dari sisrkit sekunder (arus dan/atau
tegangan), sirkit triping dan sirkit peralatan bantu.
Secara garis besar bagian dari relai proteksi terdiri dari tiga bagian utama,
seperti pada blok diagram (gambar 3.3).
Gambar 3.3 Blok diagram utama rele proteksi
Masing-masing elemen/ bagian mempunyai fungsi sebagai berikut:
a. Elemen pengindra
Elemen ini berfungsi untuk merasakan besaran-besaran listrik, seperti
arus,
tegangan,
frekuensi,
dan
sebagainya
tergantung
relai
yang
dipergunakan. Pada bagian ini besaran yang masuk akan dirasakan
keadaannya, apakah keadaan yang diproteksi itu mendapatkan gangguan atau
dalam keadaan normal, untuk selanjutnya besaran tersebut dikirimkan ke
elemen pembanding.
b. Elemen pembanding
Elemen ini berfungsi menerima besaran setelah terlebih dahulu
besaran itu diterima oleh elemen oleh elemen pengindera untuk
membandingkan besaran listrik pada saat keadaan normal dengan besaran
arus kerja relai.
c.
Elemen penentu
Elemen ini berfungsi untuk mengadakan perubahan secara cepet pada
besaran ukurnya dan akan segera memberikan isyarat untuk membuka PMT
atau memberikan sinyal.
29
Pada sistem proteksi menggunakan relai proteksi sekunder, digambarkan
pada (gambar 3.4). Transformator arus (CT) berfungsi sebagai alat pengindra
yang merasakan apakah keadaan yang diproteksi dalam keadaan normal atau
mendapat gangguan.
Gambar 3.4 Rangkaian relai proteksi sekunder.
3.2.7
Fungsi dan peranan relai proteksi
Maksud
dan
tujuan
pemasangan
relai
proteksi
adalah
untuk
mengidentifikasi gangguan dan memisahkan bagian jaringan yang terganggu dari
bagian lain yang masih sehat serta sekaligus mengamankan bagian yang masih
sehat dari kerusakan atau kerugian yang lebih besar, dengan cara :
a. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat
membahayakan peralatan atau sistem.
b. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang
mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan
instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau
dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat
beroperasi.
c. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya.
d. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada
konsumen.
e. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
30
3.3
Transformator Tenaga
Transformator Daya adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi
untuk menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan
rendah atau sebaliknya.Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator
dapat dikatakan jantung dari transmisi dan distribusi.Dalam kondisi ini suatu
transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa secara
terus menerus tanpa berhenti).Mengingat kerja keras dari satu transformator
seperti itu, maka cara pemeliharaan juga dituntut sebaik mungkin.Oleh karena itu
transformator harus dipelihara dengan menggunakan sistem dan peralatan yang
benar,baik dan tepat.Untuk itu regu pemeliharaan harus mengetahui bagian-bagian
transformator dan bagian-bagian mana yang perlu diawasi melebihi bagian
lainnya.
Berdasarkan tegangan operasinya dapat dibedakan menjadi transformator
500/150 kV dan 150/70 kV biasa disebut Interbus Transformer (IBT).
Transformator 150/20 kV dan 70/20 kV disebut juga trafo distribusi.Titik netral
transformator ditanahkan sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengamanan /
proteksi,sebagai contoh transformator 150/70 kV ditanahkan secara langsung di
sisi netral 150 kV dan transformator 70/20 kV ditanahkan dengan tahanan rendah
atau tahanan tinggi atau langsung di sisi netral 20 kV.
Transformator dapat dibagi menurut fungsi / pemakaian seperti :
1. Transformator Mesin (Pembangkit)
2. Transformator Gardu Induk
3. Transformator Distribusi
Transformator dapat juga dibagi menurut Kapasitas dan Tegangan seperti :
1. Transformator besar
2. Transformator sedang
3. Transformator kecil
3.3.1 Bagian Konstruksi Transformator Tenaga
A. Bagian Utama
1. Inti besi
31
Inti besi digunakan sebagai media jalannya flux yang timbul akibat
induksi arus bolak-balik pada kumparan yang mengelilingi inti besi
sehingga dapat menginduksi kembali ke kumparan yang lain. Dibentuk
dari lempengan-lempengan besi tipis berisolasi yang disusun sedemikian
rupa.
Gambar 3.5 Inti besi pada transformator tenaga
2. Kumparan transformator
Belitan terdiri dari batang tembaga berisolasi yang mengelilingi inti
besi, dimana saat arus bolak-balik mengalir pada belitan tembaga
tersebut, inti besi akan terinduksi dan menimbulkan flu magnetik.
Gambar 3.6 Kumparan tembaga pada transformator
3. Bushing
Bushing merupakan sarana penghubung antara belitan dengan
jaringan luar. Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang diselubungi
oleh isolator. Isolator tersebut berfungsi sebagai penyekat antara
konduktor bushing dengan Body main tank transformator.
32
Gambar 3.7 Bushing pada transformator tenaga
4. Tangki Konservator
Saat terjadinya kenaikan suhu operasi pada transformator, minyak
isolasi akan memuai sehingga volumenya bertambah, sebaliknya saat
terjadi penurunan suhu operasi, maka minyak akan menyusut dan volume
minyak akan turun. Konservator digunakan untuk menampung minyak
pada saat transformator mengalami kenaikan suhu.
Gambar 3.8 Tangki konservator pada transformator tenaga
B. Peralatan Bantu
1. Pendingin
Suhu transformator yang sedang beroperasi akan dipengaruhi oleh
kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu sendiri dan suhu
lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan mengakibatkan rusaknya
33
isolasi kertas pada transformator. Oleh karena itu pendingin yang efektif
sangat diperlukan.
Minyak isolasi transformator selain merupakan media isolasi juga
berfungsi sebagai pendingin. Pada saat minyak bersirkulasi, panas yang
berasal dari belitan akan dibawa oleh minyak sesuai jalur sirkulasinya
dan akan diinginkan pada sirip-sirip radiator. Adapun proses pendinginan
ini dapat dibantu oleh adanya kipas dan pompa sirkulasi guna
meningkatkan efisiensi pendinginan.
Gambar 3.9 Radiator pada transformator tenaga tenaga
2. Tap Changer
Kesetabilan tegangan dalam suatu jaringan merupakan salah satu
hal yang dinilai sebagai kualitas tegangan. Transformator tenaga dituntut
memiliki nilai tegangan output yang stabil sedangkan besarnya tegangan
input tidak selalu sama. Dengan mengubah banyaknya belitan pada sisi
primer diharapkan dapat merubah rasio antara belitan primer dan
sekunder, dengan demikian tegangan output pun dapat disesuaikan
dengan kebutuhan sistem. Proses perubahan rasio ini dapat dilakukan
pada saat trafo berbeban atau tidak berbeban.
34
Keterangan:
1. Kompartemen diverterswitch
2. Selektorswitch
Gambar 3.10 OLTC pada Trafo tenaga
3. Alat Pernafasan (DehydrationBreather)
Seiring dengan naik turunnya volume minyak di konservator akibat
pemuaian dan penyusutan minyak, volume udara di dalam konservator
pun akan bertambah dan berkurang. Penambahan atau pembuangan udara
dalam konservator akan berhubungan dengan udara luar. Agar minyak
isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh kelembaban dan oksigen
dari luar maka udara yang akan masuk ke dalam konservator akan difilter
melalui silicagel.
Gambar 3.11 Alat pernafasan transformator dengan silica gel.
C. Peralatan Proteksi
1. Peralatan Proteksi mekanik
a. Relai suhu
35
Suhu pada transformator yang sedang beroperasi akan
dipengaruhi oleh kualitas tegangan jaringan, losses pada trafo itu
sendiri dan suhu lingkungan. Suhu operasi yang tinggi akan
mengakibatkan rusaknya isolasi kertas pada transformator.
Untuk mengetahui suhu operasi dan indikasi ketidaknormalan
suhu operasi pada transformator digunakan relai termal. Relai termal
ini terdiri dari sensor suhu berupa thermocouple, pipa kapiler dan
meter penunjukan.
Gambar 3.12 Bagian-bagian relai suhu
b. Relai Bucholtz tangki utama
Pada saat transformator mengalami gangguan internal yang
berdampak kepada suhu yang sangat tinggi dan pergerakan mekanis
didalam transformator, maka akan timbul tekanan aliran minyak
yang besar dan pembentukan gelembung gas yang mudah terbakar.
Tekanan minyak maupun gelembung gas ini akan dideteksi oleh
relaibucholtz sebagai indikasi telah terjadinya gangguan internal.
Gambar 3.13 RelaiBucholtz
36
c. Relai tekanan lebih tangki utama
Relai tekanan lebih ini didesain sebagai titik terlemah saat
tekanan di dalam trafo muncul akibat gangguan. Dengan
menyediakan titik terlemah maka tekanan akan tersalurkan melalui
suddenpreasure dan tidak akan merusak bagian lainnya pada main
tank.
Gambar 3.14 Relai tekanan lebih tangki utama atau
relaisuddenpressure
d. Relai tekanan lebih OLTC (Jansen)
Sama halnya seperti relaibucholtz yang memanfaatkan
tekanan minyak dan gas yang terbentuk sebagai indikasi adanya
ketidaknormalan atau gangguan, hanya relai ini digunakan untuk
memproteksi kompartemen OLTC. Rele ini juga dipasang pada pipa
saluran
yang
menghubungkan
kompartemen
OLTC
dengan
konservator.
2. Peralatan proteksi elektrik
a. Relai diferensial
Relai Diferensial pada prinsipnya adalah sama saja dengan
relai arus lebih hanya saja lebih peka karena harus bekerja terhadap
arus yang kecil. Perbedaan dengan relai arus lebih terletak pada
rangkaian listrik yang bertugas mendeteksi arus.
37
Gambar 3.15 Contoh relai diferensial dan diagram rangkainnya.
b. Relai gangguan fasa ke tanah terbatas (REF)
Relai restrictedearthfault (REF) merupakan salah satu
proteksi utama pada transformator yang prinsip kerjanya sama
dengan diferensial relai, perbedaannya REF dipergunakan untuk
pengamanan transformator terhadap gangguan fasa ke tanah,
khususnya paling dekat dengan titik bintang transformator. REF
dipasang pada belitan transformator dengan konfigurasi Y yang
ditanahkan.
REF terdiri dari 2 jenis:
1. REF jenis low impedance, parameter kerjanya adalah arus
minimum.
2. REF jenis High impedance, parameter kerjanya adalah tegangan
minimum ataupun arus minimum.
c. Relai arus lebih (OCR)
Merupakan relai Pengaman yang bekerja karena adanya
besaran arus dan terpasang pada Jaringan Tegangan tinggi, Tegangan
menengah juga pada pengaman Transformator tenaga. Relai ini
berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya
gangguan phasa-phasa.
Jenis Relai Arus Lebih:
1. Relai invers; waktu kerjanya tergantung kepada besarnya arus
hubung singkat, makin besar makin cepat. Pada koordinasi
antara relai-relaiinvers berlaku koordinasi arus dan waktu
sekaligus.
38
2. Relai Cepat; digunakan dalam kombinasi dengan relai
definit/invers apabila diperlukan waktu kerja yang lebih cepat
misalnya jika terjadi gangguan dengan arus hubung singkat
besar.
3. Relai Definit; bekerjanya tidak tergantung kepada besarnya arus
hubung singkat yang melaluinya. Waktu kerjanya disetel
tertentu dan biasanya dikoordinasikan dengan waktu kerja
pengaman didepan dan dibelakangnya.
Gambar 3.16 Relai arus lebih
d. Relai gangguan ke tanah (GFR)
Relai hubung tanah merupakan relai Pengaman yang bekerja karena
adanya besaran arus dan terpasang pada jaringan Tegangan
tinggi,Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator
tenaga.
Proteksi utama
transformator tenaga secara elektronis pada
hakikatnya menggunakan relai diferensial dan relai RestrictedEarthFault
(REF)
sebagai
proteksi
utama.
Sedangkan
proteksi
cadangan
menggunakan relai arus lebih (OCR) dan relai gangguan ke tanah (GFR).
Sedangkan StandbyEarthFault (SBEF) umumnya hanya digunakan pada
transformator belitan Y (bintang) yang ditanahkan dengan resistor yang
39
berfungsi lebih mengamankan NGR. Pola dan skema proteksi dapat
dilihat pada (Gambar 3.17 dan gambar 3.18).
Gambar 3.17 Pola proteksi pada Gardu Induk 150/20 kV.
Gambar 3.18 Skema proteksi trafo tenaga 150/20 kV
40
3.4 Relai Diferensial
Proteksi diferensial merupakan salah satu pelindung utama pada
transformator
tenaga.
Relai
ini
sangat
selektif
sehingga
tidak
perlu
dikoordinasikan dengan relai proteksi lainnya, bekerja saat cepat, dan tidak
memerlukan waktu tunda.
A. Sifat relai diferensial
Relai diferensial mempunyai sifat antara lain:
-
Sangat selektif dan cepat
-
Sebagai pengaman utama
-
Tidak dapat digunakan sebagai pengaman cadangan
-
Daerah pengamanannya dibatasi oleh pemasangan trafo arus (CT)
B. Aplikasi Relai diferensial
Relai diferensial digunakan sebagai pengaman utama untuk:
-
Transformator tenaga
-
Busbar
3.4.1 Relai proteksi diferensial unbias
Prinsip kerja relai proteksi diferensial adalah membandingkan dua vektor
arus atau lebih yang masuk ke relai (lihat gambar 3.19) apa bila pada sisi primer
trafo arus(CT1) dialiri arus I1, maka pada sisi primer trafo arus (CT2) akan mengalir
arus I2, pada saat yang sama sisi sekunder kedua trafo arus (CT 1 dan CT2), akan
mengalir arus i1 dan i2 yang besarnya tergantung dari rasio yang terpasang, jika
besarnya i1 = i2 maka relai tidak bekerja, karena tidak ada selisih arus (∆i = 0),
tetapi jika besarnya arus i1 ≠ i2 maka relai akan bekerja, karena adanya selisih arus
(∆i ≠ 0). Selisih arus ini disebut arus diferensial. arus inilah yang menjadi dasar
bekerjanya relai diferensial.
Dalam keadaan normal (tidak ada gangguan), arus yang mengalir kerelai
pengaman sama dengan nol, arus hanya bersikulasi dalam sirkit sekunder kedua
trafo arus (CT). Untuk daerah pengamanan dari relai diferensial dibatasi antara
dua buah CT (Gambar 3.19)
41
Gambar 3.19 Gambar sederhana relai diferensial unbias
Agar relai diferensial dalam kondisi normal (tidak terjadi gangguan) relai
tidak bekerja, maka persyaratannya adalah sebagai berikut :
1.
CT
1
danCT2 (maupun ACT nya) harus mempunyai rasio sedemikian
sehingga besar arus i1 = i2
2.
Sambungan dan polaritas CT1 dan CT2 maupun ACT nya harus benar.
3.4.2
Relai proteksi diferensial bias (Percentage Relay Diferential)
Pada saat kondisi normal (tidak ada gangguan) didalam daerah
pengamanan, ada kemungkinan muncul arus tidak seimbang (∆i’) sehingga relai
pengaman salah kerja. Penyebab timbulnya arus tidak seimbang (∆i’) lihat
(Gambar 3.20), dapat disebabkan oleh :
-
Karakteristik kelengkungan magnetik dari CT1 dan CT2, terutama pada arus
hubung singkat yang besar yang menyebabkan arus sekunder tidak lagi linier
terhadap arus primer karena kejenuhan CT.
-
Perubahan posisi tap changer trafo tenaga.
-
Inrush Current.
42
Gambar 3.20 Karakteristik dari trafo arus
Dengan melihat adanya perbedaan arus (∆i’) diantara kedua CT yang
terpasang, dibuatlah relai diferensial
jenis persentase yang mempunyai
karakteristik kerja mengikuti kemungkinan terjadi ∆i’. Untuk mencegah arus
gangguan (IF) yang besar diluar daerah pengamanannya
maka pada relai
diferensial dipasang kumparan penahan (restrain) pada kedua sisinya
dapat
dilihat dalam (gambar 3.20), kumparan penahan inilah yang menahan relai tidak
bekerja apa bila terjadi arus gangguan yang besar, karena makin besar arus
gangguan yang melewati relai makin besar pula kopel penahan yang dihasilkan
oleh kumparan penahan sehingga relai tidak bekerja.
Torsi penahan akan membuat kontak pemutus relai diferensial persentase
tetap pada posisi membuka. Torsi penahan tersebut sebanding dengan jumlah
vektoris arus-arus masuk dan keluar.
Gambar 3.21 Relay Percentage
Diferential
43
43
Penjelasan :
Wr = Kumparan restraint ( penahan )
Wo = Kumparan operating ( kerja )
P
= Pegas
Wr = Menimbulkan kopel penahan
Wo = Menimbulkan kopel Kerja
P
= Menimbulkan kopel pegas T
Persamaan yang digunakan:
Tm = K1. Wo2.Io min
Io min = arus kerja minimum pada saat arus restrain
(Ir = 0)
Relai tidak bekerja :
To< Tr + Tm
Relai bekerja :
To> Tr + Tm
K1.Wo2.Io2
= K2.WR2.IR2 + K1.Wo2.Io 2 min2
Io2 =
K2 Wr 2
K 1 Wo 2
Ir2 + Io2 min
Pada saat gangguan Io min dapat diabaikan :
Io2 = KR2. IR2
Io
KR2 =
K2 Wr 2
K 2 Wo 2
= KR.IR Jadi
KR =
Io
IR
KR = Faktor restraint yang dinyatakan dalam persen
= 10, 20, 30, 40, 50%
3.4.3
Kerja Proteksi relai diferensial jika terjadi gangguan
a. Jika terjadi gangguan didalam daerah pengamanannya
Jika relai differensial dipasang sebagai proteksi suatu peralatan dan
terjadi gangguan didaerah pengamanannya maka relai diferensial harus
bekerja, seperti terlihat pada gambar 3.22, pada saat CT1 mengalir arus I1
maka pada CT2 tidak ada arus yang mengalir (I2 = 0), disebabkan karena arus
44
gangguan mengalir pada titik gangguan sehingga pada CT2 tidak ada arus
yang mengalir, maka disisi sekunderr CT2 tidak ada arus yang mengalir (i2=0)
yang mengakibatkan i1 ≠ i2 (1 ≠ 0) sehingga relai diferensial bekerja .
Gambar 3.22 Relai diferensial jika terjadi ganguan
didalam daerah pengamanan
b. Jika terjadi gangguan diluar daerah pengamanan
Apabila terjadinya gangguan diluar daerah pengamanannya maka relai
diferensial tidak bekerja lihat gambar 3.23, pada saat sisi primer kedua CT
dialiri arus I1 dan I2, dengan adanya rasio CT1 dan CT2 yang sedemikian,
maka besar arus yang mengalir pada sekunder CT1 dan CT2 yang menuju relai
besarnya sama (i1 = i2) atau dengan kata lain tidak ada selisih arus yang
mengalir pada relai sehingga relai tidak bekerja, karena sirkulasi arus
gangguan
diluar
daerah
pengamanan
kerja
relai
diferensial
tidak
mempengaruhi arus yang mengalir pada kedua CT yang terpasang pada
peralatan yang diproteksi, karena apa bila pada arus primer CT! dan CT2
mengalir arus gangguan dengan adanya perbandingan rasio trafo arus pada
sisi sekunder juga akan mengalir arus gangguan yang besarnya i1 = i2
sehingga relai diferensial tidak bekerja karena tidak ada perbandingan arus
(∆i = 0).
45
i = 0
Gambar 3.23 relai diferensial jika terjadi gangguan
diluar daerah pengamanannya.
3.4.4
Seting relai diferensial sebagai pengaman transformator daya
Untuk menyetel atau menyetting relai diferensial diperlukan :
a. Data peralatan yang diperlukan untuk menyetel relai diferensial adalah
sebagai berikut :
-
Trafo daya meliputi : Daya nominal, sistem tegangan dan vektor grup.
(Sambungan trafo arus)
-
Trafo arus (CT): meliputi: Rasio CT
-
Trafo arus bantu (ACT) meliputi: Rasio ACT
-
Type relai diferensial yang digunakan.
b. Perhitungan relai diferensial :
-
Menghitung Arus nominal trafo daya dari sisi primer dan sisi sekunder :
In = MVA Trafo/ 3.VL
-
(Tergantung wektor group trafo)
Menghitung besar arus sekunder CT yang terpasang pada sisi primer dan
sekunder trafo daya :
i’S CT = IS/IP X In trafo
-
Menghitung Arus sekunder ACT ( arus yang menuju relai)
i”SACT = arus secunder CT X rasio ACT X 3
46
-
Menghitung besarnya ketidak seimbangan arus(∆i) yang sebenarnya
(ideal) adalah :
∆i = (i1 – i2)/ Inominal relai X 100%
-
Maka untuk menyetel besarnya g% (arus kerja minimum) pada relai
diferensial, adalah lebih besar dari ∆i.
Sedangkan penyetelan
V% (faktor restrain) digunakan untuk memilih
kecuraman karakteristik, dimana untuk penyetelan V% tergantung dari besarnya
arus gangguan diluar daerah pengamanan.
3.4.5
Karakteristik relai diferensial
(Gambar 3.24) menunjukan karakteristik persentage diferensial, bila
terjadi arus gangguan yang besar akan menimbulkan perbedaan arus (∆i’), tetapi
relai tidak bekerja.
arus operating
(Io)
Daerah kerja
Daerah blok
tg = V
Io min
g%
i1 + i2
2
Gambar 3.24 Karakteristik persentase diferensial
Kecuraman Karakteristik (slope) dapat diatur dengan memilih KR ( V% )
dan Iomin dinyatakan dalam g%, besarnya Io min diyatakan dalam persen dari
arus nominal relai (In).g% yang menunjukan arus kerja minimum hal ini dimaksud
untuk mengatasi keadaan :
-
Ketidak seimbangan antara arus i1 dan i2.
-
Ketidak seimbangan antara CT bantu.
-
Arus magnetisasi.
-
Perubahan rasio trafo daya akibat perubahan tap Changer.
47
Sedangkan V% adalah untuk mengantisipasi besaran arus kerja relai (I),
yang disebabkan oleh kejenuhan CT1 dan CT2. jika terjadi gangguan diluar
(eksternal) transformator.
Tabel 3.1 Komposisi arus saat trafo daya dienergise atau gangguan
KOMPONEN
ARUS
ARUS INRUSH
ARUS GANGGUAN
SIKLUS
KE 1
SIKLUS
KE 21
SIKLUS
KE 3
CT
TIDAK JENUH
CT
JENUH
DC
58
58
58
38
0
HARMONISA
KE 1
HARMONISA
KE 2
HARMONISA
KE 3
HARMONISA
KE 4
HARMONISA
KE 5
100
100
100
100
100
62
63
65
9
4
25
28
30
4
32
4
5
7
7
9
2
3
3
4
2