Bab I Pendahuluan
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Masalah
Peralatan proteksi merupakan komponen penting dalam sistim tenaga yang berguna untuk mendeteksi dan mengisolasi adanya gangguan. Skema proteksi yang tepat haruslah dipilih sedemikian sehingga menghasilkan keamanan operasi peralatanperalatan sistim tenaga dan menjaga keandalan pada sistem secara keseluruhan[1]. Salah satu peralatan pada sistim tenaga yang sangat penting adalah tranformator daya. Proteksi pada transformator daya umumnya menggunakan berbagai macam rele, diantaranya: rele arus lebih, rele tekanan, dan rele differensial yang tergantung dari tujuan
penggunaan
rele
tersebut.
Proteksi
differensial
transformator
daya
menggunakan arus differensial sebagai besaran listrik yang diukur. Arus differensial didapat dengan cara membandingkan antara arus primer dengan arus sekunder. Proteksi differensial ini bertujuan untuk mendeteksi gangguan dalam (internal) pada transformator daya. Pada saat transformator beroperasi normal dan atau terjadinya gangguan luar (eksternal), arus differensial yang dihasilkan relatif kecil, sehingga pada kondisi seperti ini rele differensial tidak akan memberikan sinyal trip. Namun demikian, ada salah satu fenomena yang dapat menyebabkan terjadinya operasi yang tidak diinginkan pada proteksi differensial, yaitu fenomena arus magnetizing inrush. Arus magnetizing inrush bukanlah gangguan, melainkan kejadian pada kondisi transien pada saat transformator disuplay listrik (energized) dari kondisi mati. Pengaruh dari arus magnetizing inrush (biasanya memiliki amplitudo yang cukup besar), yaitu menyebabkan proteksi differensial konvensional cenderung untuk memberikan sinyal trip. Untuk menghindari kesalahan operasi yang tidak diinginkan pada proteksi differensial, maka dibutuhkan kemampuan rele untuk membedakan
1
Laporan Tugas Akhir
Bab I Pendahuluan
antara arus gangguan dalam, arus magnetizing inrush, dan arus gangguan luar yang terjadi pada suatu transformator daya. Untuk menghindari kesalahan operasi akibat adanya arus magnetizing inrush pada rele differensial konvensional dilakukan dengan cara berikut, diantaranya[9]: a. Menambahkan delay time (waktu tunda) saat transformator energized, namun waktu tunda harus dikoordinasikan dengan metode tertentu untuk mencegah waktu tunda tersebut bekerja saat terjadinya gangguan dalam (internal fault) yang sebenarnya. b. Menambahkan rele tegangan yang mengukur tegangan ketiga fasa transformator, suatu gangguan dalam dianggap terjadi apabila salah satu fasa tegangan tersebut mengalami penurunan. c. Menganalisa komponen harmonik dengan menggunakan transformasi wavelet. Ide utama dari analisa ini adalah menguraikan harmonik fundamental (pertama), ke-2 dan ke-5 pada suatu sinyal arus differensial Kekurangan analisa harmonik ini adalah bahwa pada transformator modern, yang memiliki rugi-rugi inti besi yang rendah maka transformator mengandung arus dengan harmonik ke-2 dan ke-5 yang rendah saat terjadinya arus magnetizing inrsuh sehingga rele akan memberikan sinyal trip untuk kondisi ini. Respon rele yang dihasilkan dari pendekatan analisa harmonik adalah ¼ siklus sampai dengan 2 siklus[3]. Metode yang digunakan untuk menganalisa harmonik suatu sinyal yaitu menggunakan transformasi Fourier (TF). Keluaran dari Transformasi Fourier (TF) adalah sinusoidal pada berbagai frekuensi yang berbeda. Pada beberapa tahun terakhir ini telah diketahui bahwa TF ternyata tidak tepat untuk menganalisa gangguan pada sistem tenaga yang metoda proteksinya berbasiskan pada kondisi transien sinyal. Hal ini dikarenakan pada kondisi transien terkandung informasi yang berada pada domain frekuensi dan domain waktu. TF hanya memberikan informasi pada domain frekuensi[1].
2
Laporan Tugas Akhir
Bab I Pendahuluan
Dengan perkembangan teknologi pemrosesan sinyal dan peralatan sistem cerdas, maka pengembangan sistem proteksi yang handal sebagai sarana untuk menganalisa gangguan pada transformator daya cukup berkembang pesat. Teknologi pemrosesan sinyal dan peralatan sistem cerdas ini ditunjukkan dengan adanya penggunaan transformasi wavelet (TW)[2-5,7], transformasi Hilbert, dan Artificial Neural Network (ANN)[1].
I.2. Tinjauan Pustaka
Transformasi wavelet sudah banyak digunakan pada berbagai aplikasi, termasuk juga pada aplikasi sistem tenaga. Aplikasi wavelet pada sistem tenaga sangat banyak diaplikasikan pada analisa dan deteksi transien elektromagnetik, pengukuran kualitas daya, kompresi data[6], dan deteksi gangguan[2-5,7]. Wavelet juga telah digunakan pada proteksi pilot differensial (differential pilot protection), dimana arus differensial dianalisa dengan cara membandingkan aproksimasi level pertama dengan nilai ambang yang telah ditentukan[4]. Eissa[2] telah menggunakan transformasi wavelet packet (TWP) sebagai proteksi berarah (directional protection) pada transformator daya. Teknik yang digunakan menggunakan dua buah besaran listrik, yaitu sinyal arus gangguan dan sinyal tegangan sebelum gangguan sebagai sinyal arah. Saleh[3] menggunakan TWP untuk proteksi differensial (differential protection) trafo daya. Transformasi Hilbert dalam beberapa tahun terakhir ini banyak digunakan untuk aplikasi untuk mendeteksi flicker tegangan. Transformasi ini bertujuan untuk memperoleh besar amplitudo dan sudut fasa dari sinyal yang akan dianalisis. Pada aplikasi untuk mendeteksi adanya flicker tegangan, transformasi Hilbert mampu menampilkan riak gelombang dan mengukur frekuensi dari flicker tersebut. Pada saat ini belum pernah ada yang mengaplikasi transformasi Hilbert untuk proteksi arus lebih pada transformator. Pada tugas akhir ini penulis akan mengaplikasikan transformasi Hilbert untuk keperluan proteksi diferensial pada transformator daya tiga fasa.
3
Laporan Tugas Akhir
Bab I Pendahuluan
I.3. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan tinjauan pustaka di atas maka rumusan masalah pada proposal tugas akhir adalah: a. Bagaimana membuat suatu teknik/algoritma proteksi differensial trafo yang cukup dengan menggunakan satu besaran listrik (dalam hal ini arus fasa) tetapi mampu mendeteksi dan membedakan antara arus gangguan dalam (internal fault) dan gangguan luar (external fault) serta mampu menghindari kesalahan operasi akibat adanya arus megnetizing inrush. b. Bagaimana membuat suatu teknik proteksi differensial trafo yang tidak dipengaruhi oleh perubahan tap changer trafo, sehingga dapat mengindari masalah CT rasio mismatch. c. Bagaimana
membuat
suatu
teknik/algoritma
proteksi
differensial
transformator yang menghasilkan sensitifitas dan respon kecepatan yang tinggi, sehingga mampu mengisolasi trafo dalam waktu cepat bila terjadi gangguan maupun menjaga transformator tetap bekerja pada saat adanya arus inrush I.4. Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian yang diusulkan pada proposal tesis ini adalah sebagai berikut: a. Mengaplikasikan
transformasi
Hilbert
untuk
proteksi
differensial
transformator daya tiga fasa. b. Melihat pengaruh saturasi trafo arus (CT) terhadap sensitifitas dan respon kecepatan rele serta batas ambang (threshold) atau seting rele pada beberapa variasi gangguan c. Mengetahui pengaruh hubungan belitan trafo terhadap terhadap sensitifitas dan respon kecepatan rele serta batas ambang (threshold) atau seting rele pada beberapa variasi gangguan
4
Laporan Tugas Akhir
Bab I Pendahuluan
d. Mengetahui pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah terhadap sensitifitas dan respon kecepatan rele serta batas ambang (threshold) atau seting rele. e. Mengetahui pengaruh perubahan tap changer trafo terhadap seting dan kinerja rele
Didalam teknik yang diusulkan, besaran listrik yang dianalisa adalah arus phasa dan tidak menggunakan besaran tegangan. I.5. Batasan Masalah
Batasan masalah secara umum adalah : 1. Sistim tiga fasa diasumsikan seimbang. 2. Transformator yang diproteksi adalah transformator 3 fasa dengan hubungan
Yg dan Y g . 3. Kondisi tranformator daya yang dianalisis meliputi pada saat : a. Gangguan dalam (internal fault) terjadi pada sisi sekunder (F1) transformator daya dan gangguan luar (external fault) di dekat CT (F2) untuk berbagai gangguan hubung singkat berikut: a.1. Gangguan hubung singkat tiga fasa (LG) a.2. Gangguan hubung singkat dua fasa (LL) a.3. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (LG) b. Kondisi arus magnetizing inrush. 4. Pemodelan trafo arus (CT) yang digunakan adalah trafo bersaturasi. 5. Harga tahanan gangguan bervariasi sebesar RF = {0.01, 2, 10, 50} ohm dan tahanan tanah RG sebesar 5 ohm. 6. Data
arus
ganguan
yang
digunakan
adalah
hasil
dari
simulasi
MATLAB/SIMULINK.
5
Laporan Tugas Akhir
Bab I Pendahuluan
I.6. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan kontribusi di bidang proteksi sistem tenaga listrik. Beberapa manfaat dari penelitian ini adalah: a. Menghasilkan teknik/algoritma proteksi diferensial trafo daya yang memiliki selektifitas yang baik, yang mampu membedakan kondisi gangguan dalam dan gangguan luar, serta menjaga trafo tetap bekerja pada saat adanya arus inrush. b. Menghasilkan teknik/algoritma proteksi differensial yang memiliki respon rele dengan kecepatan tinggi. c. Menghasilkan teknik/algoritma proteksi differensial yang mampu tetap bekerja (robust) terhadap adanya variasi perubahan tahanan gangguan dan/atau tahanan tanah serta tidak dipengaruhi oleh saturasi trafo arus (CT). d. Menghasilkan teknik/algoritma proteksi differensial yang mampu tetap bekerja (robust) terhadap adanya variasi perubahan tap changer trafo.
I.6. Sistimatika Pembahasan Sistematika pembahasan pada tugas akhir ini sebagai berikut: 1. Bab I Penjelasan latar belakang masalah, tinjauan pustaka, rumusan masalah,
tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan
sistematika pembahasan. 2. Bab II Penjelasan gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik dan daerah jaringan sekitar transformator daya, sistem proteksi pada transformator daya, metoda-metoda yang telah berkembang untuk melakukan analisis gangguan untuk daerah jaringan sekitar transformator daya pada sistem tenaga listrik. 3. Bab III Penjelasan metoda panggunaan transformasi Hilbert untuk analisis gangguan pada transformator daya beserta implementasi dalam penelitian tugas akhir ini.
6
Laporan Tugas Akhir
Bab I Pendahuluan
4. Bab IV Pemodelan, implementasi, dan analisis sistem jaringan dan simulasi seluruh gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi pada jaringan transformator daya, beserta saat terjadinya saturasi trafo arus. Serta rangkaian logika dari metoda yang diajukan 5. Bab V Berisikan kesimpulan yang sekaligus penutup dari laporan tugas akhir ini.
7
Laporan Tugas Akhir
