JURNAL TUGAS AKHIR STUDI PENGARUH BEBAN LEBIH TERHADAP KINERJA RELAI ARUS LEBIH PADA TRANSFORMATOR DAYA (studi kasus transformator daya 1 150/20 kV (30 MVA) di Gardu Induk Batu Besar PT. PLN Batam) Susi Irmalawati Panjaitan ; M. Mujahidin, ST., MT ; Rozeff Pramana, ST., MT Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Maritim Raja Ali Haji Jl. Politeknik Senggarang Telp. (0771) 7001550; Fax. (0771) 7038999; PO.BOX 155 – Tanjungpinang Email :
[email protected] ;
[email protected]
ABSTRAK : Transformator daya merupakan suatu peralatan yang sangat vital yang berfungi menyalurkan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya dan tidak pernah lepas dari gangguan. Adanya gangguan yang terjadi pada transformator dapat menghambat proses penyaluran energi listrik ke konsumen. Oleh karena itu, sistem proteksi yang handal sangat dibutuhkan untuk melindungi transformator dari gangguan. Relai arus lebih SPAJ 140C merupakan salah satu relai proteksi cadangan yang digunakan oleh pihak PLN untuk menjaga transformator 150/20 kV (30 MVA) yang ada di gardu induk Batu Besar dari gangguan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kinerja relai SPAJ 140C sebagai relai cadangan dalam melindungi transformator. Penelitian ini memberikan hasil bahwa dengan besar gangguan beban lebih 30.5 MW dan arus lebih yang mengalir pada transformator sebesar 130.593 A, relai SPAJ 140C dapat bekerja dalam waktu 195.566 detik. Nilai arus gangguan yang mengalir pada transformator tersebut merupakan nilai yang sangat kecil, maka relai SPAJ 140C pun bekerja dalam waktu yang lama. Kata kunci : Sistem Proteksi, Beban Lebih, Arus Lebih, Relai Arus Lebih
sendirinya
meningkat
mengikuti
bertambah
besarnya daya listrik yang dibangkitkan. Oleh karena transformator merupakan unsur utama dari sistem penyaluran dan distribusi energi listrik dan merupakan peralatan yang paling mahal harganya, maka sistem proteksi atau pengamanan terhadap sebuah transformator baik terhadap gangguangangguan yang terjadi dari dalam transformator itu sendiri maupun dari luar transformator tersebut sangat perlu diperhatikan. Gardu induk Batu Besar memiliki 2 buah transformator daya yang tidak pernah lepas dari gangguan, baik itu gangguan internal maupun gangguan eksternal. Sepanjang tahun 2012, transformator daya yang ada di gardu induk Batu Besar mengalami gangguan sebanyak 9 kali dengan berbagai jenis gangguan. Salah satu gangguan yang terjadi pada tahun 2012 adalah beban lebih (overload) yang terjadi pada tanggal 26 November 2012. Transformator 1 mengalami gangguan beban lebih (overload) disebabkan
I. PENDAHULUAN Transformator merupakan
mata
karena pembangkit Kabil 1#2 mengalami trip
adalah rantai
unsur
utama
terpenting
dan dalam
penyaluran dan distribusi tenaga listrik. Seiring dengan semakin meningkatnya permintaan energi listik maka keperluan akan transformator dengan
ketika terjadi gangguan internal pada pembangkit tersebut.
Kejadian
ketidaknyamanan
ini
terhadap
menimbulkan konsumen
dan
kerugian terhadap pihak PLN. Melihat gangguan
yang sering terjadi pada transformator di gardu
terhubung dengan rangkaian beban. Sedangkan
induk Batu Besar, dengan kapasitas transformator
inti besi merupakan bagian transformator yang
30 MVA dan pembebanan 110% serta beban yang
bertujuan untuk mengarahkan keseluruhan fluks
semakin meningkat setiap hari, PT. PLN Batam
magnet yang dihasilkan oleh lilitan primer agar
dituntut harus melakukan penambahan jumlah
masuk ke lilitan sekunder. [2]
transformator. menghindari
Hal
ini
bertujuan
transformator
dari
untuk
gangguan-
gangguan yang terjadi. Selain itu juga perlu melakukan pengaturan pembebanan ulang.
II. TRANSFORMATOR DAYA Transformator adalah suatu alat listrik statis yang dipergunakan untuk mengubah tegangan bolakbalik menjadi lebih tinggi atau lebih rendah dan
Gambar 1. Arus bolak-balik mengelilingi inti besi
digunakan untuk memindahkan energi dari suatu
Arus yang mengalir pada belitan primer akan
rangkaian listrik ke rangkaian lainnya tanpa
menginduksi inti besi transformator sehingga di
merubah
disebut
dalam inti besi akan mengalir fluks magnet dan
peralatan statis karena tidak ada bagian yang
fluks magnet ini akan menginduksi belitan
bergerak atau berputar, tidak seperti motor atau
sekunder sehingga pada ujung belitan sekunder
generator.
akan terdapat beda potensial.
frekuensi.
Transformator
Dalam bentuknya yang paling sederhana, transformator terdiri atas dua kumparan dan satu
II.1 Bagian Transformator dan Fungsinya
induktansi mutual. Dua kumparan tersebut terdiri
a. Bagian Utama
dari kumparan primer dan kumparan sekunder.
1. Inti Besi
Kumparan
primer
yang
Inti besi (electromagnetic circuit) digunakan
menerima daya dan dinyatakan sebagai terminal
sebagai media jalannya flux yang timbul
masukan
adalah
akibat induksi arus bolak balik pada kumparan
kumparan yang melepas daya dan dinyatakan
yang mengelilingi inti besi sehingga dapat
sebagai terminal keluaran. Kedua kumparan
menginduksi kembali ke kumparan yang lain.
dibelit pada suatu inti yang terdiri atas material
Dibentuk dari lempengan – lempengan besi
magnetik berlaminasi. [1]
tipis berisolasi yang disusun sedemikian rupa.
dan
Secara
adalah
kumparan
sederhana
kumparan
sekunder
transformator
dapat
dibagi menjadi tiga bagian, yaitu lilitan primer,
[3] 2. Kumparan Transformator
lilitan sekunder dan inti besi. Lilitan primer
Kumparan transformator adalah beberapa
merupakan bagian transformator yang terhubung
lilitan kawat berisolasi yang membentuk suatu
dengan sumber energi (catu daya). Lilitan
kumparan atau gulungan. Kumparan tersebut
sekunder merupakan bagian transformator yang
terdiri dari kumparan primer dan kumparan
sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi
isolator. Bahan isolator berfungsi sebagai
maupun terhadap antar kumparan dengan
media
isolasi padat seperti karton, pertinak dan lain-
dengan badan tangki utama transformator.
lain.
Secara garis besar, bushing terdiri dari empat
Kumparan
tersebut
sebagai
alat
transformasi tegangan dan arus.
konduktor
bushing
koneksi, dan asesoris. [3]
Di dalam sebuah transformator terdapat dua yang
antara
bagian utama, yaitu konduktor, isolator, klem
3. Minyak Transformator
komponen
isolasi
aktif
Saat terjadi kenaikan suhu operasi pada
“membangkitkan” energi panas, yaitu besi
transformator, minyak isolasi akan memuai
(inti) dan tembaga (kumparan). Bila energi
sehingga volumenya bertambah. Sebaliknya
panas tidak disalurkan melalui suatu sistem
saat terjadi penurunan suhu operasi, maka
pendinginan akan mengakibatkan besi maupun
minyak akan menyusut dan volume minyak
tembaga akan mencapai suhu yang tinggi,
akan turun. Konservator digunakan untuk
yang akan merusak nilai isolasinya. Untuk
menampung minyak pada saat transformator
maksud pendinginan itu, kumparan dan inti
mengalamui kenaikan suhu. Seiring dengan
dimasukkan ke dalam suatu jenis minyak,
naik turunnya volume minyak di konservator
yang
transformator.
akibat pemuaian dan penyusutan minyak,
Minyak itu mempunyai fungsi ganda, yaitu
volume udara di dalam konservator pun akan
pendinginan dan isolasi. Fungsi isolasi ini
bertambah dan berkurang. Penambahan atau
mengakibatkan
dapat
pembuangan udara di dalam konservator akan
diperkecil. Perlu dikemukakan bahwa minyak
berhubungan dengan udara luar. Agar minyak
transformator harus memiliki mutu yang tinggi
isolasi transformator tidak terkontaminasi oleh
dan senantiasa berada dalam keadaan bersih.
kelembaban dan oksigen dari luar, maka udara
Disebabkan energi panas yang dibangkitkan
yang akan masuk ke dalam konservator akan
dari inti maupun kumparan, suhu minyak akan
difilter melalui silica gel. Untuk menghindari
naik. Hal ini akan mengakibatkan terjadinya
agar minyak trafo tidak berhubungan langsung
perubahan-perubahan
dengan udara luar, maka saat ini konservator
dinamakan
secara
5. Tangki Konservator
minyak
berbagai
ukuran
pada
minyak
transformator. [4]
dirancang
4. Bushing
dengan
menggunakan
brether
bag/rubber bag, yaitu sejenis balon karet yang
Bushing merupakan komponen penting dari
dipasang di dalam tangki konservator. [5]
transformator yang berada di bagian luar transformator. Fungsinya sebagai penghubung antara
kumparan
transformator
dengan
jaringan di luar transformator. Bushing terdiri dari sebuah konduktor yang terhubung dengan kumparan yang berada di dalam transformator dan konduktor tersebut diselubungi oleh bahan
b. Peralatan Bantu 1. Pendingin Pendingin pada transformator berfungsi untuk menjaga agar transformator bekerja pada suhu rendah. Pada inti besi dan kumparan – kumparan akan timbul panas akibat rugi-rugi
tembaga.
Panas
mengakibatkan
terjadinya kontaminasi minyak transformator
kenaikan suhu yang berlebihan dan hal ini akan
terhadap udara luar yang masuk kembali ke
merusak isolasi. Maka untuk mengurangi
transformator, maka sebuah transformator daya
kenaikan
tersebut
dilengkapi dengan alat pernapasan berupa
transformator perlu dilengkapi dengan sistem
tabung yang berisi zat kristal (silica gel) yang
pendingin untuk menyalurkan panas keluar
terpasang di bagian luar transformator. [5]
suhu
tersebut
yang
berlebihan
transformator. Secara alamiah media pendingin
4. NGR (Neutral Grounding Resistance)
(minyak isolasi) mengalir karena perbedaan
NGR adalah sebuah tahanan yang dipasang
suhu
serial
tangki
minyak
dan
sirip-sirip
dengan
netral
sekunder
transformator (radiator). Untuk mempercepat
transformator
pendinginan transformator dilengkapi dengan
ground/tanah. Tujuan dipasangnya NGR adalah
kipas yang dipasang di radiator transformator
untuk mengontrol besarnya arus gangguan
dan pompa minyak agar sirkulasi minyak lebih
yang mengalir dari sisi netral ke tanah. Ada dua
cepat dan pendinginan lebih optimal.
jenis NGR, yaitu liquid dan solid. Resistor pada
2. Tap Charger Tap
terhubung
ke
liquid menggunakan larutan air murni yang
changer
tegangan
sebelum
pada
merupakan
keluaran
pada
alat
penstabil
ditampung di dalam bejana dan ditambahkan
sisi
sekunder
garam
(NaCl)
untuk
mendapatkan
nilai
transformator daya. Prinsip kerja alat ini adalah
resistansi yang diinginkan. Sedangkan solid
dengan mengubah jumlah kumparan primer
terbuat dari stainless steel, FeCrAl, Cast Iron,
yang memiliki input tegangan yang berubah-
Copper Nickel atau Nichrome yang diatur
ubah untuk mendapatkan nilai tegangan output
sesuai nilai tahanannya.
yang konstan. [3]
5. Indikator-indikator
3. Alat Pernapasan (Dehydrating Breather)
Indikator transformator terdiri dari:
Perubahan temperatur di dalam maupun di luar
Indikator suhu minyak
transformator mengakibatkan perubahan pada
Indikator permukaan minyak
temperatur
Indikator suhu winding
minyak
isolasi
transformator.
Kualitas isolasi minyak transformator akan
Indikator kedudukan tap
menurun bila di dalam kandungan minyak tersebut terdapat banyak kandungan gas dan
c. Peralatan Proteksi
air. Gas-gas dan air tersebut berasal dari
Bagian-bagian
kelembaban dan kontaminasi oksigen dari
transformator harus dilindungi oleh peralatan
udara luar. Saat level temperatur minyak
proteksi sesuai dengan fungsinya masing-
meningkat, maka transformator akan mendesak
masing, baik pada bagian dalam maupun
udara untuk keluar dari transformator. Dan
bagian luar transformator. Berdasarkan indikasi
sebaliknya, saat level temperatur minyak
gangguannya,
menurun, maka udara luar akan masuk kembali
transformator terdiri atas :
ke dalam transformator. Untuk mencegah
yang
peralatan
terdapat
proteksi
pada
pada
1.
Relai Bucholz
2.
Relai bucholz adalah relai yang berfungsi
Relai
untuk
mengamankan
mendeteksi
dan
mengamankan
diferensial
berfungsi
transformator
untuk terhadap
gangguan di dalam transformator yang
gangguan hubung singkat yang terjadi di
menimbulkan gas. Selama transformator
dalam daerah pengaman transformator.
beroperasi normal, relai akan terisi penuh
Relai ini merupakan pengaman utama
dengan minyak. Pelampung akan berada
(main protection) yang sangat selektif dan
pada posisi awal. Bila terjadi gangguan
cepat sehingga tidak perlu dikoordinir
yang kecil di dalam tangki transformator,
dengan relai lain dan tidak memerlukan
misalnya hubung singkat dalam kumparan,
time delay. [7]
maka akan menimbulkan gas. Gas yang
3.
Relai Arus Lebih (Over Current Relay)
terbentuk akan berkumpul dalam relai
Relai arus lebih bekerja berdasarkan
pada
tangki
adanya kenaikan arus yang melebihi suatu
konservator, sehingga level minyak dalam
nilai pengaman yang telah ditentukan dan
relai turun dan akan mengerjakan kontak
dalam jangka waktu yang telah ditetapkan.
alarm (kontak pelampung atas). Bila level
Relai arus lebih akan pick up jika besar
minyak
arus melebihi nilai setting. Pada proteksi
saat
perjalanan
menuju
transformator
perlahan-lahan
turun
secara
dari
suatu
akibat
transformator
daya,
relai
arus
lebih
kebocoran, maka pelampung atas akan
digunakan sebagai tambahan bagi relai
memberikan
differensial untuk memberikan tanggapan
sinyal
alarm
dan
bila
penurunan minyak tersebut terus berlanjut,
terhadap
maka pelampung bawah akan memberikan
digunakan untuk mengamankan peralatan
sinyal trip. Bila terjadi busur api yang
terhadap gangguan hubung singkat antar
besar, kerusakan minyak akan terjadi
fasa, hubung singkat satu fasa ke tanah dan
dengan cepat dan timbul surya tekanan
beberapa hal dapat digunakan sebagai
pada minyak yang bergerak melalui pipa
pengaman beban lebih. [8]
menuju ke relai Bucholz. [6] 1.
Relai Diferensial (Differential Relay)
gangguan
luar.
Relai
ini
4. Relai Hubung Tanah (Ground Fault Relay)
Relai Tekanan Lebih (Sudden Pressure
Relai hubung tanah adalah suatu relai yang
Relay)
bekerja berdasarkan adanya kenaikan arus
Relai tekanan lebih berfungsi hampir sama
yang
seperti relai bucholz yaitu mengamankan
pengaman tertentu dan dalam jangka
transformator
internal.
waktu tertentu bekerja apabila terjadi
Bedanya relai ini hanya bekerja apabila
gangguan hubung singkat fasa ke tanah.
terjadi kenaikan tekanan gas tiba-tiba yang
Relai hubung tanah hanya efektif dipakai
disebabkan oleh hubung singkat. [1]
untuk pentanahan netral langsung atau
dari
gangguan
melebihi
suatu
dengan tahanan rendah. [9]
nilai
setting
5.
6.
Relai Thermis (Thermal Relay)
menjadi dua jenis, yaitu gangguan incipien dan
Untuk mengetahui suhu operasi dan
gangguan elektris. Gangguan incipien yaitu
indikasi ketidaknormalan suhu operasi
gangguan yang dimulai oleh suatu gangguan kecil
pada
relai
dan tidak berarti namun secara lambat akan
thermal. Relai thermal ini terdiri dari
menimbulkan kerusakan. Gangguan ini akan
sensor suhu berupa thermocouple, pipa
dideteksi oleh relai pengaman mekanis seperti
kapiler dan meter penunjukan. [3]
relai bucholz, relai jansen dan relai sudden
Arrester
pressure. Gangguan elektris yaitu gangguan
Penangkal petir (arrester) adalah proteksi
elektris yang dideteksi oleh relai proteksi utama
bagi peralatan listrik terhadap tegangan
transformator.
lebih yang disebabkan oleh petir. Alat ini
a. Gangguan Internal
berfungsi untuk melakukan arus kilat ke
Gangguan
sistem
tidak
internal adalah :
yang
1. Terjadinya busur api (arc) yang kecil dan
transformator
pentanahan
menimbulkan
digunakan
sehingga
tegangan
lebih
yang
termasuk
dalam
gangguan
merusak isolasi peralatan listrik. [7] Agar
pemanasan lokal yang disebabkan oleh :
tidak mengganggu aliran sistem, maka
pada keadaan normal arrester berlaku
Cara penyambungan konduktor yang tidak baik
sebagai konduktor yang tahanannya relatif
Kontak-kontak listrik yang tidak baik
rendah.
Kerusakan isolasi antara inti baut
Akibatnya
arrester
dapat
melakukan arus yang tinggi ke tanah dan
2. Gangguan pada sistem pendingin
setelah surya hilang, arrester dengan cepat
Pada
kembali menjadi isolasi.
menggunakan
umumnya
banyak minyak
transformator transformator
sebagai isolasi sekaligus merupakan bahan II.2 Gangguan pada Transformator Dalam
sistem
tenaga
listrik,
pendingin. Dan kenyataannya adalah ketika gangguan
terjadi gangguan di dalam transformator
didefinisikan sebagai terjadinya suatu kerusakan
tersebut, maka di dalam minyak itu akan
dalam penyaluran daya listrik yang menyebabkan
timbul sejumlah gas.
aliran arus listrik lebih besar dari aliran arus yang seharusnya.
3. Arus sirkulasi pada transformator yang bekerja paralel
Secara umum, gangguan pada transformator
b. Gangguan Eksternal
dibagi menjadi dua jenis yaitu gangguan internal
Gangguan yang termasuk dalam gangguan
dan gangguan eksternal. Gangguan internal adalah
eksternal adalah :
gangguan yang berasal dari transformator itu
1. Hubung Singkat Luar (External Short
sendiri sedangkan gangguan eksternal adalah
Circuit)
gangguan yang berasal dari luar transformator dan
Hubung
dapat terjadi kapan saja dengan waktu yang tidak
transformator, seperti di bus, di penyulang
dapat
ditentukan. Gangguan
internal
dibagi
singkat
ini
terjadi
di
luar
(feeder) dan di sistem yang merupakan
proteksi mendeteksi gangguan. Bagian yang
sumber bagi transformator tersebut.
dipisahkan dari sistem yang normal adalah
2. Beban Lebih (Overload)
bagian yang terganggu saja.
Transformator daya akan bekerja secara
2. Keandalan (reliable)
kontinyu apabila transformator tersebut
Suatu sistem proteksi dikatakan handal jika
berada pada beban nominalnya. Namun
dapat bekerja dengan baik dan benar pada
apabila beban yang dilayani lebih besar dari
berbagai kondisi sistem. Keandalan sistem
100%, maka transformator tersebut akan
proteksi
mendapat pemanasan lebih dan hal ini akan
kemampuan relai yang selalu bekerja dengan
mempersingkat umur isolasi transformator
baik pada kondisi abnormal dan kemampuan
keadaan beban lebih berbeda dengan arus
relai untuk tidak bekerja pada kondisi normal.
lebih. Pada beban lebih, besar arus hanya
dibagi
atas
dua
unsur
yaitu
3. Kecepatan Kerja
kira-kira 10% di atas nominal dan dapat
Tujuan terpenting dari sistem proteksi adalah
diputuskan setelah berlangsung beberapa
memisahkan bagian yang terkena gangguan
puluh menit. Sedangkan pada arus lebih,
dari sistem yang normal dengan cepat agar
besar arus mencapai beberapa kali arus
tidak menimbulkan kerugian yang lebih besar.
nominal dan harus diputuskan secepat
Sistem
mungkin. [7]
kecepatan yang tinggi agar meningkatkan
3. Gelombang surja
mutu pelayanan, keamanan manusia,peralatan
Surja petir adalah gejala tegangan lebih transien yang disebabkan oleh sambaran
proteksi
harus
memiliki
tingkat
dan stabilitas operasi. 4. Sensitifitas
petir. Pada saluran transmisi performa petir
Sensitifitas adalah kepekaan relai proteksi
menjadi salah satu faktor dominan dalam
terhadap segala macam gangguan dengan tepat
perancangan menara dan saluran transmisi.
yakni gangguan yang terjadi di daerah perlindungannya. 5. Ekonomis dan sederhana.
II.3 Sistem Proteksi Transformator Sistem mengidentifikasi
proteksi gangguan
bertujuan dan
untuk
Sistem proteksi yang digunakan hendaknya
memisahkan
ekonomis dengan tidak mengesampingkan
bagian yang terganggu dari bagian lain yang
fungsi dan keandalannya.
masih normal sekaligus mengamankan bagian
Relai proteksi adalah suatu piranti baik
yang masih normal tersebut dari kerusakan atau
elektrik maupun magnetik yang dirancang
kerugian yang lebih besar.
untuk
5 syarat yang harus dimiliki oleh sistem
mendeteksi
suatu
kondisi
ketidaknormalan yang tidak diinginkan terjadi
kelistrikan, yaitu : [1] [10]
pada peralatan sistem tenaga listrik. Jika
1. Selektifitas
terjadi ketidaknormalan pada sistem tenaga
Sistem proteksi harus dapat memilih bagian
listrik, maka secara otomatis relai proteksi
sistem yang harus diisolir apabila relai
akan memberikan sinyal atau perintah untuk
membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Relai proteksi juga berfungsi untuk menunjukkan lokasi dan macam gangguannya sehingga memudahkan evaluasi pada saat terjadi gangguan.
III. RELAI ARUS LEBIH SPAJ 140C Relai arus lebih merupakan relai yang bekerja berdasarkan besarnya arus masukan. Jika arus masukan melebihi suatu harga tertentu yang dapat diatur (Ip), maka relai ini akan bekerja. Ip adalah arus kerja yang dinyatakan menurut gulungan sekunder dari transformator arus (CT). Relai akan
Gambar 3. OCR SPAJ 140 C
bekerja jika memenuhi standar dan keadaan di bawah ini : If > Ip relai bekerja (trip) If < Ip relai tidak bekerja ( block) Tabel 1. Data OCR Merk
SPAJ 140C
Pabrik
ABB
Rasio CT
200/1
Arus Setting (Iset)
0.63 x In
Time Delay (td)
1s
Kurva
Standar Inverse Sumber : PT. PLN Batam)
Gambar 4. Kurva Standard Inverse Gambar 2. OCR SPAJ 140C di GI Batu Besar
OCR SPAJ 140C
IV. PENGOLAHAN DATA
=
IV.1 BEBAN LEBIH DAN ARUS LEBIH Terjadinya
gangguan
internal
= 107.0435 A
pada
pembangkit Kabil 1#2 yang berlangsung selama
Pada saat gangguan terjadi, pembebanan pada
0.267 jam (16 menit 2 detik) menyebabkan relai
transformator
diferensial yang ada pada pembangkit tersebut
maksimum yang mengalir pada transformator
bekerja memerintahkan PMT agar memutuskan
sebesar :
sebesar
110%,
maka
arus
:
hubungan listrik (trip). Transformator 1 yang ada di gardu induk Batu Besar bekerja sama dengan
x 110 %
√
pembangkit Kabil 1#2 untuk menyuplai beban ke penyulang (feeder). Inilah yang menyebabkan ketika terjadi trip pada pembangkit Kabil 1#2 seluruh beban yang mengalir pada pembangkit
=
x 110%
√
=
x 110%
harus ditampung oleh transformator 1 dan
= 107.0435 A x 110 %
transformator 1 juga mengalami trip.
= 117.7478 A
Beban maksimum yang dapat mengalir pada
Dengan
beban
lebih
yang
mengalir
pada
transformator adalah :
transformator sebesar 30.5 MW, maka arus yang
P(trafo) = √
mengalir pada transformator juga akan melebihi
= √ x 150 kV x 126 A x 0.9
arus maksimum.
= 32697 kVA
Arus Lebih yang Mengalir Pada Transformator :
= 32.697 MVA x 0.9
=
√
( )
= 29.4273 MW Maka
beban
lebih
yang
mengalir
=
pada
√
transformator ketika pembangkit Kabil 1#2 trip
=
dapat dihitung dengan cara sebagai berikut :
Pover(trafo) = Pnormal(trafo) + Pnormal(pembangkit)
√
=
= 25 MW + 5.5 MW = 130.593 A
= 30.5 MW Sedangkan arus maksimum yang mengalir pada transformator adalah :
Ketika
pembangkit
Kabil
1#2
mengalami
gangguan dan trip, transformator 1 yang ada di gardu induk Batu Besar mengalami gangguan
√
beban lebih dan arus
lebih karena harus
menampung beban dan arus yang mengalir dari = =
√
pembangkit, yaitu masing-masing sebesar 30.5 MW dan 130.593 A.
√
IV.2 KINERA OCR SPAJ 140C Karena terjadi gangguan beban lebih dan arus
lebih,
maka
OCR
akan
bekerja
Tabel 2.Kinerja OCR Terhadap Gangguan Arus Lebih Imax (A)
Iset OCR
n
Ifault
t OCR
(A)
xIf
(A)
(s)
117.7478
126
1
130.593
195.566
117.7478
126
2
261.18
9.53
117.7478
126
3
391.77
6.10
117.7478
126
4
522.36
4.85
berikut :
117.7478
126
5
652.95
4.19
Iset OCR = 0.63 x In
117.7478
126
6
783.54
3.76
117.7478
126
7
914.13
3.46
117.7478
126
8
1044.72
3.24
117.7478
126
9
1175.31
3.07
117.7478
126
10
1305.9
2.92
memerintahkan PMT untuk trip. Dari besar beban lebih dan arus lebih yang telah diperoleh, maka dapat
diketahui
waktu
kerja
OCR
dalam
melindungi transformator dari gangguan yang terjadi. 1. Arus Setting OCR SPAJ 140C Perhitungan arus setting OCR adalah sebagai
In adalah rasio CT (200/1), maka : Iset OCR = 0.63 x 200 = 126 A
2. Waktu Kerja OCR SPAJ 140C Sedangkan perhitungan waktu kerja OCR adalah sebagai berikut :
(
)
3. Kehandalan OCR SPAJ 140C Kehandalan OCR SPAJ 140C dapat diketahui dengan melihat frekuensi gangguan yang terjadi dan bagaimana OCR tersebut bekerja melindungi transformator. Berdasarkan data yang diperoleh
(
)
=1x
dari PT. PLN Bright Batam, frekuensi gangguan yang terjadi adalah 3 kali yaitu pada tahun 2007, 2009 dan 2012 baik pada transformator 1 maupun
=1x
pada transformator 2.
=
a. Gangguan Pada Tahun 2007
= 195.566 detik Dengan beban sebesar 30.5 MW dan arus sebesar 130.59 A yang mengalir pada transformator, maka OCR bekerja dalam waktu 195.566 detik (3 menit 25 detik) untuk memerintahkan PMT agar melepas hubungan listrik.
Berdasarkan rekapitulasi gangguan transformator 150/20 kV pada tahun 2007 di gardu induk Batu Besar, frekuensi gangguan yang terjadi pada transformator baik pada transformator 1 maupun transformator 2 adalah sebanyak 4 kali dengan jenis gangguan yang berbeda dan salah satu diantaranya adalah gangguan arus lebih yang
menyebabkan sub-sistem Batu Besar padam total.
Dengan demikian, kehandalan OCR SPAJ 140C
Arus lebih yang mengalir pada transformator
dapat diketahui dengan melakukan perhitungan
adalah sebesar 0.87 kA.
berdasarkan formula yang ada :
Waktu Kerja OCR SPAJ 140C :
Kehandalan
(
OCR
SPAJ
140C
:
) =
=1x
(
= 100 %
)
OCR SPAJ 140C terbukti handal, baik pada kenyataan di lapangan maupun jika melakukan
=1x
perhitungan menggunakan formula yang ada. =1x
Dengan frekuensi gangguan sebanyak 3 kali yang terjadi di tahun yang berbeda, OCR SPAJ 140C
=
dapat mengatasi gangguan tersebut sebanyak 3
= 3.55 s
kali juga sesuai dengan fungsinya sehingga transformator yang ada di gardu induk Batu Besar
b. Gangguan Pada Tahun 2009
tetap dalam kondisi baik dan bekerja dengan baik
Berdasarkan rekap statistik gangguan transmisi
pula.
dan trafo daya 150/20 kV gardu induk Batu Besar, gangguan arus lebih terjadi pada transformator 2
4. Solusi
30 MVA karena menampung beban lebih ketika
Berhubungan dengan hal ini, maka untuk
pembangkit Kabil 2#3 mengalami trip. Arus lebih
menghindari gangguan agar tidak terjadi lagi,
yang mengalir ketika beban lebih yang harus
maka terdapat beberapa solusi, yaitu:
ditampung oleh transformator sebesar 32.3 MW
1. Melakukan
penambahan
jumlah
adalah 138.3 A.
transformator seperti yang telah dilakukan
Waktu Kerja OCR SPAJ 140C :
pada gardu induk Baloi. 2. Melakukan
(
)
pengaturan
ulang
terhadap
pembebanan transformator dan terhadap arus setting relai arus lebih. Pembebanan yang
=1x
(
)
ideal untuk sebuah transformator daya adalah 80%.
=1x
3. Selain melakukan pengaturan ulang pada transformator, pada pembangkit juga perlu
=1x
dilakukan setting ulang, agar ketika terjadi gangguan, pembangkit tidak mengalami trip
= = 75.08 s
dan
dengan
begitu
transformator
yang
terhubung dengan pembangkit juga tidak
3. Relai yang digunakan di gardu induk Batu
mengalami trip.
Besar
merupakan
relai
yang
telah
memenuhi standar dari sebuah peralatan V. KESIMPULAN
proteksi. Sesering apapun dan sebesar
Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis data
apapun gangguan yang terjadi, relai tetap
yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
dapat bekerja dengan baik.
1. Dari hasil perhitungan gangguan yang terjadi pada transformator 1 di gardu induk
VI. SARAN
Batu Besar, gangguan yang terjadi sangat
1. Penelitian ini masih menggunakan alat manual
berpengaruh
terhadap
OCR.
yaitu kalkulator dan software manual yaitu
Semakin besar nilai gangguan yang terjadi,
Microsoft Excel 2010. Sebaiknya penelitian
OCR
selanjutnya menggunakan Matlab.
akan
bekerja
kinerja
semakin
cepat.
Sebaliknya, semakin kecil nilai gangguan
2. Untuk penelitian selanjutnya, disarankan dapat
yang terjadi, OCR akan bekerja semakin
membahas mengenai gangguan beban lebih dan
lama. Hal ini dapat dilihat dari nilai arus
arus lebih pada saluran transmisi 150 kV dan
gangguan yang terjadi pada transformator
saluran distribusi 20 kV dan melakukan
yaitu
ini
perbandingan terhadap gangguan yang sama di
merupakan nilai yang sangat kecil, maka
saluran yang berbeda untuk dapat lebih
OCR pun akan bekerja dalam waktu yang
mengetahui
sangat lama terhitung dari gangguan
gangguan yang terjadi pada saluran tersebut.
sebesar
130.59
A.
Nilai
terjadi yaitu 3 menit 25 detik.
2.
2. Berdasarkan data rekap gangguan pada gardu induk Batu Besar, PT. Bright PLN Batam,
jumlah
transformator
meningkat
setiap
harinya
menuntut adanya penambahan jumlah transformator pada gardu induk Batu Besar.
Karena
hal
ini
sangat
membahayakan keselamatan sistem tenaga listrik yang ada di gardu induk Batu Besar dan kenyamanan konsumen juga akan berkurang. penambahan
Selain
dengan
jumlah
membahas
penelitian mengenai
besar
perbandingan
selanjutnya besarnya
dapat
kerugian
ekonomis yang dialami oleh PLN.
sudah
termasuk kurang. Dengan beban yang semakin
Diharapkan
seberapa
melakukan
transformator,
pengaturan ulang terhadap transformator tersebut juga sangat perlu dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA 1. M. Yusuf Mappeasse, Riana T. Mangesa, Iwan Suhardi, (2007). Studi Sistem Proteksi Transformator Daya Gardu Induk 150 kV Tello PT. PLN (Persero) Wilayah Sulseltrabar. Jurnal Media Elektrik, Volume 2, Nomor 2, Desember 2007. 2. Hardityo, R. (2007/2008). Deteksi dan Analisis Indikasi Kegagalan Trannsformator dengan Metode Analisis Gas Terlarut. Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia . 3. PT. PLN (Persero). (2009). Himpunan Buku Petunjuk Batasan Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tenaga Listrik. Transformator Tenaga, (No. Dokumen : 1-22 / HARLUR PST/2009). Jakarta Selatan.
4. Purnama Sigid, (2009). Analisa Pengaruh Pembebanan Terhadap Susut Umur Transformator Tenaga. Universitas Diponegoro, Semarang. 5. Marsudi, D. (2011). Pembangkitan Energi Listrik Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga. 6. Harrij Mukti K, (2007). Aplikasi Teknologi Simulasi Rele Diferensial dan Rele Bucholz pada Sistem Pengaman Transformator 3 Phasa. Jurnal ELTEK Volume 05 Nomor 01, April 2007 ISSN 1693-4024 . 7. Sumanto. (1996). Teori Transformator. Yogyakarta: Andi Offset. 8. Alawiy, M. T. (2006). Proteksi Sistem Tenaga Listrik Seri Rele Elektromagnetis. Fakultas Teknik Elektro, Universitas Islam Malang. 9. Ayub, Said, (2008). Koordinasi Sistem Proteksi Over Current Relay Tipe BEI-51 Pada Transformator Daya Dengan Ground Fault Relay. Jurnal Litek Volume 5, Nomor 1, Maret 2008 ; hal.22-26. 10. Syukriyadin, Syahrizal, Cut Rizky Nakhrisya, (2011). Analisis Proteksi Relay Differensial Terhadap Gangguan Internal dan Eksternal Transformator Menggunakan PSCAD/EMTDC. JurnalRekayasa Elektrika Vol. 9, No. 3, April 2011.
