SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI TRANSFORMATOR PADA PT WIRE ROD MILL M.Azamul Faiz Dinul Haq K1, Ir. Bambang Winardi2 1
Mahasiswa dan 2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia Email :
[email protected]@gmail.com
Abstrak Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangantegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan. Untuk menyelesaikan studi aliran daya, metode yang sering digunakan adalah metode Gauss-Seidel dan metode Newton Raphson. Metode Newton Raphson lebih cepat mencapai nilai konvergen sehingga proses iterasi yang berlangsung lebih sedikit. Pada Laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas tentang simulasi aliran daya pada PT Wire Rood Mill dengan menggunaka software ETAP 7.0. Adapun metode aliran daya yang digunakan adalah metode newtonraphson. Selain itu untuk menjaga kosistensi tenaga listrik yang merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini, oleh karenanya tenaga listrik harus tersedia secara ekonomis dengan memperhatikan mutu baik tegangan maupun frekwensi dan keandalan Untuk menjaga kelangsungan tenaga listrik diperlukan sistem proteksi yang sesuai dengan kebutuhan, Fungsi proteksi adalah untuk melokalisir gangguan jadi hanya daerah yang terganggu saja yang dibebaskan dari rangkaian tenaga listrik dan juga harus mempertimbangkan tingkat keamanan terhadap peralatan, stabilitas tenaga listrik dan juga keamanan terhadap manusia. Sistem pengamanan elektris atau rele adalah suatu susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan.. Jika bahaya itu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Transformator tenaga merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang wajib memiliki sistem proteksi. Mengingat begitu pentingnya tugas dari peralatan itu sendiri juga karena trafo merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang sangat mahal. Pada transformator tenaga terdapat rele mekanik dan juga rele elektris sebagai pengamannya. Diharapkan dengan adanya sistem proteksi ini gangguan yang terjadi disekitar transformator tenaga dapat diminimalisir.
Kata kunci:Aliran daya, newton-raphson, ETAP
Sistem Pengamanan Elektris, Transformator Tenaga, Rele
Elektris, Rele Mekanis
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangan-tegangan pada setiap
bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan. 1.2 Tujuan Mengetahui dan bisa menjalankan software ETAP Power Station untuk menganalisa aliran daya.
Mengetahui losses, drop tegangan, dan total demand daya serta sistem proteksi transformator daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau Stell TBK. 1.3 Pembatasan Masalah Makalah ini membahas mengenai sitem proteksi transformator yang digunakan pada PT Wire Rood Mill dan analisis aliran daya pada PT Wire Rood Miil dengan menggunakan ETAP Power Station 7.0. Metode aliran daya yang digunakan adalah Newton-Raphson.
e.
Untuk memperoleh kondisi awal untuk studi-studi
selanjutnya
seperti
:
studi
hubung singkat, stabilitas, dan pembebanan ekonomis. Beberapa hal di atas inilah yang sangat diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang dari sistem guna perencanaan perluasan sistem yang akan datang. Persamaan umum untuk arus yang mengalir
II. DASAR TEORI
menuju suatu bus adalah (Pai,1979) :
2
I1 = Y11 V1 + Y12 V2 + Y13 V3 + … + Y1nVn
2.1
DASAR TEORI Studi Aliran Daya listrik
Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan
I2 = Y21 V1 + Y22 V2 + Y23 V3 + … + Y2n Vn I3 = Y31 V1 + Y32 V2 + Y33 V3 + … + Y3n Vn . . . . . . . . . . . . . . . In = Yn1 V1 + Yn2 V2 + Yn3 V3 + … + Ynn Vn (1)
datang (Stevenson,1996). Adapun tujuan dari studi analisa aliran daya antara lain (Sulasno,1993): a.
Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan.
b.
Untuk mengetahui daya aktif dan daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran
atau dapat juga ditulis dengan persamaan berikut : ∑
(2)
Daya kompleks pada bus p tersebut adalah : Sp = Pp + jQp = Vp Ip*
dengan memasukkan Persamaan (2) ke Persamaan (3) akan menghasilkan : ∑
yang ada dalam sistem. c.
d.
(3)
(4)
Untuk mengetahui kondisi dari semua
Apabila bagian real dan imajiner dari
peralatan, apakah memenuhi batasbatas
Persamaan (4) dipisahkan maka akan diperoleh :
yang ditentukan untuk menyalurkan daya
[
listrik yang diinginkan.
[
Untuk memperoleh kondisi mula pada perencanaan sistem yang baru.
∑ ∑
] ]
(5) (6)
apabila impedansi dinyatakan dalam bentuk siku-siku maka : Ypq = Gpq + jBpq
sehingga persamaan daya pada Persamaan (5) dan (6) akan menjadi: | |∑
| |[
(
)]
| |∑
ditetapkan (specified) dan calc adalah yang (
)
dihitung (calculated). Proses iterasi ini akan berlangsung sampai
(7)
| |[
(
dimana superskrip spec berarti yang
(
perubahan daya aktif (ΔPp) dan perubahan daya
)
)]
(8)
reaktif (ΔQp) tersebut telah mencapai nilai konvergen (ε ) yang telah ditetapkan. Pada umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai
Metode Newton Raphson
0,0001. (Sulasno,1993).
Pada metode Newton Raphson, slack bus diabaikan
dari
perhitungan
iterasi
untuk
menentukan tegangan-tegangan, karena besar dan sudut tegangan pada slack bus telah ditentukan. Sedangkan pada generator bus , daya aktif dan magnitude tegangan bernilai tetap, sehingga hanya daya reaktif yang dihitung pada setiap iterasinya. Dalam analisa aliran daya, ada
Matrik Jacobian terdiri dari turunan parsial dari P dan Q terhadap masing-masing variabel, besar dan sudut fasa tegangan, dalam Persamaan (7) dan Persamaan (8). Besar dan sudut fasa tegangan yang diasumsikan serta daya aktif dan daya reaktif yang dihitung digunakan untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian. Setelah itu akan diperoleh harga dari perubahan
dua persamaan yang harus diselesaikan pada
| |
tiap-tiap bus. Kedua persamaan itu adalah
besar tegangan, | | , dan perubahan sudut fasa
seperti pada Persamaan (7) dan Persamaan (8).
tegangan, Δδ. Secara umum persamaan tersebut dapat
Dalam penyelesaian iterasi pada metode Newton Raphson, nilai dari daya aktif (Pp) dan
ditulis sebagai berikut (Pai,1979):
daya reaktif (Qp) yang telah dihitung harus
[
]
dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan, dengan persamaan berikut (Pai,1979):
[
( )
]
( )
[
| |] | | ( )
(11)
Submatrik H, N, J, L menunjukkan turunan parsial dari Persamaan (7) dan (8)
| |∑ )
(
| |[
terhadap |V | dan δ, dimana matrik tersebut
(
)]
(9)
disebut matrik Jacobian. Nilai dari masingmasing
elemen
Jacobian
sebagai
(Pai,1979): | |∑ )
(
| |[ )]
a.
(
Untuk p ≠ q | || |[
(10) (
)]
(
)
berikut
|
|
| || |[
(
(
(
(
)
)] |
(
)
2.2.1
frekuensi
sistem
rendah,
Syarat Sistem Proteksi Suatu proteksi sistem tenaga dipilih
a. Selektifitas (slektiity), hanya mendeteksi dan
)]
mengisolasi
peralatan
yang
mengalami gangguan
(12) b.
lebih,
berdasarkan syart-syrat berikut:
| || |[
(
beban
asinkron dan lain-lain.
)] | || |[
|
)
b. Keandalan (reliability), sistem proteksi Untuk p = q
yang handal didasarkan pada 2 hal yaitu: | |
|
-
(dependability),
tidak boleh gagal bekerja
| |
|
Terpercaya
-
| |
Aman (security), tidak boleh trip saat memang tidak terjadi gangguan .
|
| |
|
c. Kecepatan (speed), beroperasi secepat
(13) dengan : | |∑
| |[
(
)]
| |∑ (
| |[
(
)
untuk
waktu
kegagalan
d. Kepekaan (
mengurangi
dampak
produksi
dan
memastikan keaman para pekerja. (sensitivity),
mendeteksi
gangguan sekecil apapun,baik arus atau
)
ketidaknormalan sistem dan beroperasi
)]
setelannya. 2.2.2
2.2
mugkin
Sistem Proteksi Tenaga Listrik
Komponen Dasar Sistem Proteksi
Ada 5 komponen dasar dari sistem proteksi
sistem proteksi tenaga listrik adalah
tenaga listrik yaitu:
sistem proteksi yang dilakukan kepada
a. Relai berfungsi sebagai pengubah sinyal
peralatan-peralatan listrik yang terpasang
dari alat pemantau dan memberikan
pada suatu sistem tenaga misanya generator,
perintah untuk membuka rangkaian saat
transformator
terjadi gangguan.
jaringan,
dan
lain-lain,
terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu
b. Trafo arus dan trafo tegangan berfungsi
sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa
untuk memantau dan memberikan data
antara lain : hubung singkat, tegangan lebih,
yang akurat tentang kesehatan sistem.
c. Pengaman Lebur (fuse) Fuse
dapat
menghancurkan
g. Transformator Tiga fasa diri
Suatu transformator tenaga terdiri dari
(putus/melebur) untuk mengamankan
beberapa bagian.
perlengkapan yang terlindungi.
a. Bagian utama :
d. Pemutus tenaga (PMT) Berfungsi
untuk
menyalurkan
1. Inti Besi arus
2. Kumparan Transformator
dalam jumlah yang besar kedalam
3. Minyak transformator
rangkain dan memutus rangkaian ketika
4. Bushing
terdapat arus gangguan berdasarkan
5. Tangki konservator
perintah dari relai.
b. Peralatan Bantu :
e. Baterai DC
2.3
Baterai DC memberikan catu daya
1. Pendingin
kepada relai dan kontrol pemutus PMT.
2. Tap changer 3. Alat Pernapasan
Transformator Tenaga Transformator tenaga merupakan suatu
4. Indikator-indikator
alat listrik yang berfungsi untuk menaikan
c. Peralatan Proteksi
atau menurunkan teganggan bolak-balik
1. Rele bucholtz
melalui suatu gandengan magnet dan
2. Rele sudden pressure
bedasarkan prinsip induksi elaktro magnet
3. Rele thermis 4. Rele differensial 5. Rele over current 6. Rele hubung tanah d. Peralatan Tambahan 1. Pemadam kebakaran
Gamabar 1 Transformator Ada beberapa jenis transformator tenaga
2.4
2. Arrester Gangguan Pada Transformator tenaga Gangguan pada tranformator tenaga
yaitu: a. Transformator step-down
dikelompokan menjadi 2 (dua) bagian
b. Transformator step-up
yaitu :
c. Autotransformator d. Autatransformator variabel
a. Gangguan Internal Gangguan
internal
e. Transformator isolasi
adalah gangguan yang terjadi di
f.
dalam transformer tenaga itu
Transformator pulsa
sendiri. Gangguan internal dapat
III. SIMULASI ALIRAN DAYA DENGAN
berupa :
MENGGUNAKAN ETAP DAN SISTEM
Incipient fault
Gangguan
PROTEKSI TRAFO ABB 30 W hubung 3.1 Single Line Diagram PTKS-WRM
singkat b. Gangguan eksternal Gangguan yang tejadi di luar transformator sistem tenaga
tenaga
(pada
listrik)
tetapi
dapat menimbulkan gangguan pada
transformator
yang
bersangkutan. Gangguan yang dapat
di
golongkan
dalam
gangguan eksternal ini adalah sebagai berikut: -
Gangguan singkat
hubung di
luar
transformator. -
Beban lebih (over load)
-
Gelombang surja
Gambar 2 Single line diagram pabrik Wire Rod M
3.2 Hasil Simulasi dengan Menggunaka ETAP Tabel 1Daya yang mengalir pada bus Bus ID
Load
Generation
Load Flow
Bus14
kV 30,000
MW 19,883
Mvar 3,360
MW 0
Mvar 0
ID HV Distribution
MW 19,883
Mvar 3,360
Amp 388,1
%PF 98,6
Bus15 Bus22 Bus23 Bus24 Bus41 Bus43 Bus50 Bus58
30,000 0,500 0,500 0,500 0,500 0,380 0,380 0,380
19,883 0 0 0 0 0 0 0
3,360 0 0 0 0 0 0 0
0 1,650 1,650 1,444 1,363 0,676 0,690 0
0 0,799 0,799 0,700 0,578 0,334 0,289 0
HV Distribution HV Distribution HV Distribution HV Distribution HV Distribution HV Distribution HOV 22 HOV 21 LV distrib. rough &inter LV Distribution CO2-C22 LV Distribution DO2-D22 LV Distribution Oil LV Distrib.Furn& Wtr Pl 2 Water Suplai Water Suplai Bus110
19,883 -1,650 -1,650 -1,444 -1,363 -0,676 -0,690 -1,774
3,360 -0,799 -0,799 -0,700 -0,578 -0,334 -0,289 -0,791
388,1 2104,8 2104,8 1884,9 1720,2 1149,3 1164,9 3104,5
98,6 90,0 90,0 90,0 92,1 89,7 92,2 91,3
0,602
0,266
1052,1
91,5
0,768
0,339
1341,6
91,5
0,119
0,053
208,4
91,3
0,285
0,133
502,5
90,6
-0,487
-0,216
852,1
91,4
-1,442 -2,136 3,321
-0,588 -0,931 1,234
2457,3 3677,1 337,1
92,6 91,7 93,7
Bus110 HV Distribution Bus106 Bus106
3,321 -6,642 -3,304 -3,304
1,234 -2,467 -1,032 -1,032
337,1 674,2 1375,9 1375,9
93,7 93,7 95,5 95,5
Bus125
3,321
1,234
337,1
93,7
Bus125 HV Distribution Bus124 Bus124 HV Distribution HV Distribution
3,321 -6,642 -3,304 -3,304 -1,889 -3,119
1,234 -2,467 -1,032 -1,032 -1,171 -1,379
337,1 674,2 1375,9 1375,9 1879,2 5451,4
93,7 93,7 95,5 95,5 85,0 91,5
Bus58 LV Distrib.Furn& Wtr Pl 2 HV Distribution Bus50 HV Distribution
1,774
0,791
3104,5
91,3
1,345
0,588
2347,0
91,6
-1,795 0,690 -1,148
-0,776 0,289 -0,471
3045,4 1164,9 1900,4
91,8 92,2 92,5
Bus14
-19,799
-1,816
1891,8
99,6
Bus15
-19,799
-1,816
1891,8
99,6
Bus71
0,380
0
0
0,487
0,216
Bus91 Bus92 Bus106
0,380 0,380 6,000
0 0 0
0 0 0
1,442 2,136 0
0,588 0,931 0
Bus110
1,470
0
0
6,609
2,065
Bus124
6,000
0
0
0
0
Bus125
1,470
0
0
6,609
2,065
D0 E11-14 HOV 21
0,700 0,380
0 0
0 0
1,889 0
1,171 0
HOV 22
0,380
0
0
1,105
0,487
HOV 23
0,380
0
0
1,148
HV Distribution
6,000
0
0
0,000
0,471 15,906
Water Suplai HOV 22 HOV 21 HOV 23 Bus43 Bus41 intermediatemill 14-17L1 intermediatemill 14-17L2 stelmor blower D0 E11-14 prefinishl1 prefinishl2 Bus23 Bus22 Bus24 Bus106 Bus124 intermediatemill 14-17L1 intermediatemill 14-17L2 LV Distrib.Furn& Wtr Pl 2 LV distrib. rough &inter LV Distribution CO2-C22 LV Distribution DO2-D22 LV Distribution Oil
0,700
0
0
1,778
0,861
HV Distribution
0,700
0
0
1,778
1,102
HV Distribution
0,380
0
0
0,858
0,372
HOV 21
0,380
0
0
0,602
0,266
0,380
0
0
0,768
0,339
0,380
0
0
0,119
0,053
0,380
0
0
0,285
0,133
prefinishl1
0,840
0
0
1,111
0,689
prefinishl2
0,840
0
0
1,111
0,689
stelmor blower
0,840
0
0
1,668
0,579
Water Suplai
0,380
0
0
0,345
0,150
Bus71 Bus58
1,808 3,172 1,154 0,677 1,368
3,978
2,057 0,916 1,761 0,518 0,357 0,631
426,1 192,9 345,3 120,4 72,8 143,3
88,8 89,2 87,4 91,2 88,5 90,8
1,785
0,991
194,3
87,4
1,785
1,242
206,9
82,1
1,678 1,896 1,115 1,116 1,664 1,664 1,456 6,642 6,642
0,758 1,309 0,752 0,736 0,898 0,898 0,779 2,467 2,467
175,2 219,2 127,9 127,1 179,9 179,9 157,1 674,2 674,2
91,1 82,3 82,9 83,5 88,0 88,0 88,2 93,7 93,7
-0,861
1665,0
-1,778
-1,102
1729,5
-1,345
-0,588
2347,0
0,216
852,1
91,4
-0,602
-0,266
1052,1
-0,768
-0,339
1341,6
-1,778
-1,778
-1,345
Bus58 Bus58
0,487
-0,119
-0,053
208,4
Bus58
-0,602
-0,285
-0,133
502,5
-1,111
-0,689
868,2
-1,111
-0,689
862,8
-1,668
-0,579
1251,5
-0,119
-3,923
-1,668
6727,3
-0,285
0,588 0,931
2457,3 3677,1
92,6 91,7
HV Distribution HV Distribution
-0,768
HV Distribution HV Distribution Bus91 Bus92
Dari tabel di atas dapat dilihat daya yang mengalir pada tiap bus. Besarnya daya yang mengalir tergantung pada beban yang terpasang pada bus tersebut. Pada beberapa bus besarnya nilai beban sebesar 0 (nol), hal ini disebabkan karena daya yang masuk pada bus tersebut sama dengan daya yang keluar dari bus tersebut.
Tabel 5.5 Hasil simulasi tegangan dan beban pada tiap bus Bus ID Bus14 Bus15 Bus22 Bus23 Bus24 Bus41 Bus43 Bus50 Bus58 Bus71 Bus91 Bus92 Bus106 Bus110 Bus124 Bus125 D0 E11-14 HOV 21 HOV 22 HOV 23 HV Distribution intermediatemi ll 14-17L1 intermediatemi ll 14-17L2 LV Distrib.Furn&
kV 30 30 0,5 0,5 0,5 0,5 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 6 1,47 6 1,47 0,7 0,38 0,38 0,38
Voltage %Mag Ang. 100 0,0 100 0,0 100,58 -6,9 100,58 -6,9 98,32 -6,7 99,38 -6,1 99,61 -5,9 97,57 -7,8 95,03 -9,5 95,03 -9,5 96,28 -11,0 96,28 -11,0 101,13 -4,4 98,82 -7,4 101,13 -4,4 98,82 -7,4 97,53 -7,2 95,03 -9,5 97,57 -7,8 99,18 -6,2
6
101,13
-4,4
0,7
97,85
-7,6
0,7
99,74
-7,4
0,38
95,03
-9,5
Wtr Pl 2 LV distrib. rough &inter LV Distribution CO2-C22 LV Distribution DO2-D22 LV Distribution Oil prefinishl1 prefinishl2 stelmor blower Water Suplai
0,38
95,03
-9,5
0,38
95,03
-9,5
0,38
95,03
-9,5
0,38
95,03
-9,5
0,84 0,84 0,84 0,38
103,48 104,14 97 96,28
-6,6 -6,0 -9,5 -11,0
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa, terdapat beberapa bus yang yang masuk dalam
kondisi
over
voltagedan
under
voltage. Seperti pada bus prefinishl1 dan prefinishl2 dimana rating/limitpada bus tersebut sebesar 0,84 kV namun pada bus tersebut
beroprasi
masing-masing
yaitu
0,869 kV dan 0,875 kV sehingga bus tersebut termasuk dalam kondisi Over voltage. Akan tetapi profil tegangan masih dalam batas toleransi ± 5%. Tabel 5.6Losses dan drop voltage Losses kW
kVar
Trafo Trafo
16,594 16,594
201,4 201,4
Vd % drop in Vmag 2,31 2,31
Trafo
16,594
201,4
2,31
Trafo
16,594
201,4
2,31
ID
Type
finishing L1 finishingL1 Finishing L2 finishing L2
H1- T11 H2-T11 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T 10 T 11 T 12 T 13 T 14 T 15 T 17
Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Trafo Total
83,004 83,004 54,701 13,121 53,88 6,548 1,229 4,97 7,001 7,554 9,621 7,432 3,426 4,411 13,906 13,906 11,152 45,24
1543,9 1543,9 388,3 140 382,4 46,5 22,9 53,0 130,2 140,5 178,9 138,2 63,7 47,1 98,7 98,7 79,2 5.901,7 0
1,13 1,13 4,85 3,56 6,1 1,95 1,52 1,75 3,28 1,39 4,13 3,6 2,35 3,01 0,55 0,55 2,81
Dari tabel di atas dapat mengetahui bahwa semakin besar beban maka lossesnya akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan pada saat beban bertambah maka arus akan bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran (I2R) akan semakin besar pula. Tabel 5.7 Total Beban dan losses Source Demand Load Losses
MW 19,883 19,883 39,765 0,445
Total demand Mill
MVar 3,360 3,360 6,72 5,902
MVA 20,164 20,164 46,782
Seperti halnya perlatan listrik yang lain pada transformator diperlukan peralatan pengaman yang dapat membebaskan tegangan pada trafo dari gangguan internal maupun ekstrenal. Tujuan pengamanan trafo adalah : 1. Menghindari kerusakan pada trafo bila terjadi kegagalan alat pengaman jaringan beban trafo saat terjadi gangguan hubung singkat. 2. Menghindari atau menekan sekecil mungkin kerusakan trafo akibat gangguan. 3. Menjaga stabilitas atau kontinuitas penyaluran tenaga listrik. Pada transformator sendiri terdapat 2 jenis rele, yakni rele mekanik dan juga rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki fungsinya masing-masing. 3.3.1 Rele Mekanik 1. Rele Bucholz Relai bucholz merupakan sistem proteksi yang khas untuk transformator, khususnya transformator minyak. Relai bucholtz adalah alat untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh : a. Hubung singkat antar lilitan pada/ dalam fasa b. Hubung singkat antar fasa c. Hubung singkat antar fasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik
pada Pabrik Wire Rod
sebesar 19,883 MW dan 3,360MVar,
Sedangkan lossesnya sebesar 0,445 MW dan 5,902 MVar. 3.3 Sistem Proteksi Transformator Transformator tenaga adalah alat untuk mengkonversi nilai tegangan dan arus listrik ke nilai tegangan dan arus listik yang berbeda secara magnetik.
Gambar 3 rele bucholz Reli bucholz akan bekerja ketika :
-
Terjadi akumulasi gas pada transformator akibat low-energey partial discarge , arus bocor, pemanasan lokal atau akibat kemasukan udara. - Terjadi kebocoran oli transformator sehingga cairan isolasi transformator berkurang/habis - Timbulnya gas dalam jumlah yang besar akibat dekomposisi minyak secara cepat karena terjadinya high –energy arc discharge. 2. Relai junsen Relai ini memiliki konstruksi dan
pada tangki transformer. Hal ini disebabkan
prinsip kerja yang sama dengan Relai
penulis dilengkapi oleh Relai Tekanan
Bucholz, tapi relai ini digunakan untuk
Lebihyang
mengamankan ruang On Load Tap Changer
besar kenaikan tekanan saat terjadinya
(OLTC) pada transformer. Sedikit berbeda
gangguan.
oleh
dekomposisi
dan
evaporasi
minyak.Apabila tekanan lebih ini tidak bisa dieliminasi dalam waktu beberapa milidetik, akan terjadi panas berlebih pada minyak transformer atau lebih parah lagi akan menyebabkan tangki transformer meledak. Oleh karena itu, Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus
dengan relai Bucholz, relai Jansen pada
berfungsi
untuk
membatasi
Relai ini bekerja oleh kenaikan tekanan gas
kV yang menjadi fokus penulis hanya
mentripkan pemutus tenaga (PMT) jika
memiliki 1 buah kontak. Relai Jansen ini
tekanan
tidak memiliki kontak untuk alarm, tapi
mencapai 2,2 bar. Alat pengaman tekanan
hanya memiliki kontak untuk tripping coil
lebih ini berupa membran yang terbuat dari
yang
circuit
kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas,
breaker / pemutus tenaga. Berikut ini adalah
sebagai pengaman tangki transformator
gambar dari relai Jansen.
terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di
akan
langsung
memutus
yang
di
tiba
–
Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20
dalam
tiba
dan
tangki
langsung
transformer
dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator. Berikut ini adalah gambar dari Relai Tekanan Lebih.
Gambar 4 Relai Junsen 3. Relai Tekanan Lebih Gangguan – gangguan berupa flashover dan hubung singkat internal (antar phasa atau antara phasa dan ground) biasanya diikuti dengan kenaikan tekanan yang signifikan
Gambar 5. Relai Tekanan Lebih
4. Relai Temperatur Belitan (Winding Temperature
Relay)
dan
Relai
temperatur
belitan,
ditambah
data
pengukuran arus dari CT yang akan
Temperature Minyak
mengoreksi nilai temperatur belitan. Berikut
Untuk proteksi pembebanan berlebih,
ini
adalah
skema
dan
gambar
relai
biasanya transformer dilengkapi dengan
temperatur belitan dimana sensor suhunya
beberapa sensor suhu / thermometer yang
ditempatkan di dalam tangki tansformer
dipasang pada bagian atas transformer.
bagian atas.
Sensor – sensor suhu ini terhubung dengan relai temperatur minyak dan relai temperatur belitan yang memiliki kontak – kontak kipas angin (fan), alarm, dan tripping coil yang akan bekerja jika tercapai temperature abnormal atau temperature yang berbahaya. Berikut ini adalah skema dan gambar relai
Gambar 8. Skema Relai Temperatur Belitan
temperatur minyak dimana sensor suhunya ditempatkan di dalam tangki tansformer bagian atas.
Gambar 9. Gambar Relai Temperatur Belitan Gambar 6. Sekema Relai Temapetaur Minyak
Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus penulis memiliki satu buah relai temperatur minyak dan 2 buah temperatur belitan, satu buah untuk sisi High Voltage (HV) dan satu buah untuk sisi Low Voltage (LV). Tabel berikut ini menampilkan kontak – kontak relai yang
Gambar 7. Relai Temperatur Minyak Temperatur belitan diukur dengan cara tidak
langsung
(indirect).
Temperatur
minyak diambil sebagai representasi dari
akan bekerja pada temperatur – temperatur tertentu.
Temperatur (derajat Celcius) 90 105 3.3.2 Relai Elektrik
Kontak yang Bekerja Alarm step 1 Alarm step 2 (trip CB)
skema pemasangan relai diferensial pada sebuah transformer tiga phasa.
1. Relai Difrensial Relai diferensial sebuah transformer membandingkan arus input yang masuk ke transformer dan arus output yang keluar dari transformer. Relai akan bekerja (memutus circuit breaker / pemutus tenaga) jika arus
Gambar 11. Skema Pemasangan Relai
differensial yang melewati relay lebih besar
Gangguan ke Tanah Terbatas
dari nilai tertentu, tergantung pada setting dari
relai.Relai
ini
akan
3. Relai Arus Lebih (Over Current
melindungi
Relay) dan Relai Gangguan ke
transformer dari gangguan internal dan
Tanah (Earth Fault Relay)
gangguan hubung singkat (antar phasa atau Relai
phasa ke tanah) pada transformer. Berikut
arus
lebih
/overcurrent
relai
relay(OCR) dan relai gangguan ke tanah
diferensial pada sebuah transformer tiga
/earth fault relay(GFR) adalah relai yang
phasa.
berfungsi sebagai proteksi back upterhadap
ini
adalah
skema
pemasangan
relai diferensial dan relai relai gangguan ke tanah terbatas (restricted earth fault). Kedua relai
ini
transformer
berfungsi
untuk
melindungi
dari
gangguan
internal,
gangguan hubung singkat eksternal, dan pembebanan berlebih yang terlalu tinggi. Gambar 10. Skema Pemasangan Relai
Kedua relai ini tidak bisa membedakan
Diferensial
antara gangguan – gangguan di atas, namun
2. Relai Gangguan ke Tanah Terbatas (Restricted Earth Fault Relay)
jika salah satu gangguan terjadi, relai – relai ini akan bekerja. Berikut
ini
adalah
dua
skema
Relai gangguan ke tanah terbatas berfungsi
pemasangan relai arus lebih (OCR) dan relai
untuk mendeteksi gangguan internal dari
gangguan ke tanah (GFR) pada sebuah
sebuah transformer. Berikut ini adalah
transformer tiga phasa dengan konfigurasi Y.
IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan Kerja Praktek merupakan kegiatan yang bagus, karena para mahasiswa bisa terjun langsung ke lapangan
dan
melihat
permasalahan-
permaslahan yang ada. Permasalahan tersebut nantinya juga akan dirasakan para mahasiswa selepas kuliah nanti. Dan dari pelaksanaan Kerja Praktek yang telah kami lewati di PT Krakatau Gambar 12. Skema Pemasangan Relai Gangguan ke Tanah dan Relai Arus Lebih
Steel Divisi WRM, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut ini : 1. Supply listrik untuk keperluan pabrik ini diambil dari PT Krakatau Daya Listrik dan dibantu juga oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN). 2. Supply tegangan dari gardu induk diturunkan secara bertahap mulai dari 30 kV sampai 380 V, 500 V, 700 V, 840 V, 1470 V menuju
ke beban melalui
transformator stepdown. Gambar 13. Gam3bar Panel Relai Gangguan ke Tanah dan Relai Arus Lebih
3. ETAP (Electric Transient and Analysis Program) merupakan suatu perangkat lunak yang mendukung sistem tenaga
CT – CT yang terlihat pada gambar di atas akan membaca arus yang mengalir pada belitan ketiga phasa dan netral transformer. Bila arus yang mengalir melewati nilai tertentu selama kurun waktu tertentu, relai akan bekerja dan memutus circuit breaker / pemutus tenaga. Relai – relai ini tidak boleh bekerja (mentripkan PMT) pada kondisi operasi normal dari transformer.
listrik.Tujuan dari
studi aliran daya
penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif yang
terdapat
pada
berbagai
titik
jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. 4. Semakin besar beban maka lossesnya akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan pada saat beban bertambah
maka
arus
akan
bertambah
sehingga rugi-rugi saluran (
pula
BIODATA PENULIS
) akan M.Azamul Faiz Dinul Haq,
semakin besar pula.
lahir di Brebes 26 Maret
5. Terdapat 2 kondisi peringatan load flow pada software ETAP ini, yaitu critical
1992. Menempuh
dan marginal, yang jika terlampaui
pendidikan di SD Negeri
maka dapat menyebabkan kerusakan
Mendala I , SMP Muhammadiyah Sirampog , SMA
atau kegagalan operasi. 6. Total beban yang diterima gardu induk
Muhammadiyah Bumiayu dan sekarang sebagai
PT. Krakatau Daya Listrik sebesar
mahasiswa Teknik Elektro Universitas
19,883 MW dan 3,360 Mvar.
Diponegoro
DAFTAR PUSTAKA [1] John J. Grainger, William D. Stevenson, Jr., “Power System Analysis”, McGraw-Hill
Semarang, 18 Desember 2013 Mengetahui,
Inc, 1994 [2] Hadi Saadat, “Power System Analysis”,
Dosen Pembimbing
McGraw-Hill Inc, 1999 [3] Turan Gonen, “Modern Power System Analysis”, John Wiley & Sons, 1988 [4] Sulasno,
Ir.
tenaga”,Semarang:
“Analisis Badan
Sistem
Ir. Bambang Winardi
Penerbit
19610616 199303 1 002
Universitas Diponegoro, 1993 [5] Sulasno, Ir. “Sistem Distribusi Tenaga Listrik”,Semarang: Satya Wacana, 1993
