STUDI PENGURANGAN ARUS INRUSH AKIBAT ENERGIZING PADA TRANSFORMATOR DAYA GARDU INDUK KRIAN 500 KV MENGGUNAKAN METODE SEQUENTIAL PHASE ENERGIZATION (SPE) Gilang Wilfanur - 2205100181 Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya – 60111 Abstrak-Arus inrush dengan nilai puncak beberapa kali arus normal timbul pada saat energisasi transformator. Arus ini dapat menyebabkan berbagai gangguan pada sistem tenaga listrik. Oleh karena itu, untuk menjaga kualitas sistem tenaga listrik, metode untuk meminimalisasi arus ini sangat diperlukan. Salah satu cara untuk mengurangi arus inrush adalah dengan menggunakan metode Sequential Phase Energization. Dalam metode ini, faktor-faktor seperti delay waktu switching antara tiap fasa transformator dan nilai tahanan netral diperhitungkan agar didapatkan hasil yang optimal. Pada Tugas Akhir ini akan dibahas pengaruh metode Sequential Phase Energization terhadap arus inrush yang timbul pada transformator daya. Metode yang digunakan adalah melakukan simulasi dengan perangkat lunak Alternative Transient Program-Electromagnetic Transient Program (ATP-EMTP) untuk mendapatkan performa dari metode ini. Sebagai model simulasi, digunakan transformator daya Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) Krian 500 kV. Pada akhir dari Tugas Akhir ini, diberikan rekomendasi delay waktu switching antara tiap fasa dan nilai tahanan netral yang optimal untuk penerapan metode ini pada transformator daya GITET Krian 500 kV. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa arus inrush pada transformator daya mengalami penurunan yang signifikan, yaitu berturut-turut pada fasa 1, 2 dan 3, dari 5950,6 A menjadi 1102 A, 3994 A menjadi 1109,4 A, dan 5497,4 A menjadi 993,41 A. Kata kunci : arus inrush, ATP-EMTP, transformator daya, metode Sequential Phase Energization. 1. PENDAHULUAN Timbulnya arus inrush pada saat energisasi transformator adalah salah satu fenomena yang terjadi pada sistem tenaga listrik. Arus inrush adalah arus yang mempunyai nilai cukup tinggi dan bersifat tiba-tiba yang timbul pada saat transformator mulai dioperasikan. Arus ini mempunyai nilai beberapa kali dari arus beban penuh normal. Jika tidak ada usaha untuk mengurangi arus tersebut, maka baik dalam jangka pendek maupun jangka panjang akan menimbulkan dampak negatif pada transformator dan sistem tenaga listrik. Oleh karena itu, metode untuk mengurangi nilai arus inrush sangat dibutuhkan.
1
Salah satu usaha untuk mengurangi nilai arus inrush adalah dengan menggunakan metode Sequential Phase Energization. Secara sederhana, metode ini dapat digambarkan dengan proses energisasi yang mempunyai selang waktu (time delay) antara masing-masing fasa transformator (A, B, C) dimana pada kawat netral dari belitan primer transformator ditambahkan tahanan yang berfungsi sebagai peredam. Metode ini tergolong baru dan sederhana. Pada Tugas Akhir ini, untuk memudahkan analisa pengaruh metode Sequential Phase Energization terhadap arus inrush maka dibuat pemodelan dan simulasi dengan software Alternative Transient Program-Electromagnetic Transient Program (ATP-EMTP). Untuk memodelkan transformator digunakan parameter-parameter dan data-data transformator daya Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) Krian 500 kV. Selanjutnya dilakukan simulasi dalam dua tahapan, yaitu : 1. Kondisi sebelum metode Sequential Phase Energization diterapkan. 2. Kondisi sesudah metode Sequential Phase Energization diterapkan. Dengan demikian pengaruh metode Sequential Phase Energization terhadap arus inrush dapat dianalisis dari perbandingan arus inrush sebelum dan sesudah metode tersebut diterapkan. 2. ARUS INRUSH DAN METODE SEQUENTIAL PHASE ENERGIZATION 2.1 Arus Inrush Arus inrush adalah arus lonjakan seketika dengan nilai beberapa kali arus normal yang timbul pada peralatan listrik pada awal terhubung dengan sumber tegangan. Arus ini dapat terjadi pada peralatan-peralatan listrik antara lain pada bola lampu pijar, motor listrik AC, power converters dan transformator [6]. Pada transformator, arus ini dapat mencapai nilai 3.5-40 kali arus rating pada beban penuh [12]. Bentuk gelombang arus inrush mirip gelombang sinusoidal akan tetapi tidak simetris. Arus ini mempunyai komponen DC dan mengandung harmonisa ke-1 dan ke-2 yang tinggi. Nilai magnitude arus inrush mengalami penurunan setelah beberapa waktu, namun bagaimanapun, kondisi dimana arus melebihi arus normal dapat bertahan dalam beberapa cycle [2]. Dampak yang ditimbulkan oleh arus ini antara lain kegagalan operasi dari sistem proteksi transformator, penurunan kualitas isolasi transformator, penurunan kualitas daya dari sistem [10].
Berikut ini adalah contoh kurva arus inrush :
transformator daya pada gardu induk ini akan diambil salah satu sebagai objek pemodelan. Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 3, sistem yang dimodelkan terdiri dari transformator daya 500/150/66 kV dengan kapasitas 500 MVA.
Gambar 1. Kurva Arus Inrush [7]
2.2 Metode Sequential Phase Energization (SPE) Beberapa metode untuk mengatasi permasalahan arus inrush telah ditawarkan dimana salah satunya adalah metode Sequential Phase Energization. Metode ini menerapkan skema yang menggunakan tahanan pada belitan netral transformator dan energisasi berselang di antara tiap fasanya. Ide dasar dari metode ini adalah peredaman arus inrush menggunakan tahanan pada belitan netral. Hal ini berdasarkan fakta bahwa nilai arus inrush selalu tidak seimbang di antara tiap fasa. Ide ini kemudian dikembangkan dengan menerapkan energisasi berselang di antara tiap fasa. Unjuk kerja dan karakteristik dari metode ini telah diteliti dengan simulasi dan percobaan. Dari penelitian didapatkan bahwa metode ini mampu mengurangi arus inrush sebesar 80-90% [1].
Gambar 3. Single Line Diagram Salah Satu Transformator
Berikut ini adalah data name plate dari transformator daya GITET Krian 500 kV yang dijadikan model : Merk : ABB Tipe : TSDC.234 100 Nomor seri : 51146/004 Daya : 500 MVA Tahun operasi : 1992/1993 Rating tegangan : 500/150 kV Arus output nominal : 1718 A Impedansi : 11.2% Vektor group : YN-yn0(d1) Jenis pendingin : ONAF2/ONAF1/ONAN Gambar 2. Skema Metode Sequential Phase Energization [14]
Metode SPE terdiri dari dua parameter penting, yaitu delay waktu switching antara tiap fasa transformator dan nilai tahanan netral [1]. Delay waktu pada Metode SPE memperhitungkan nilai arus dari tiap tahapan energisasi. Dengan kata lain, energisasi fasa kedua dilakukan setelah arus pada fasa pertama mencapai nilai steady state dan energisasi fasa ketiga dilakukan setelah arus pada fasa pertama dan kedua mencapai nilai steady state kemudian di saat yang sama, switch pada tahanan netral akan menutup [3]. Sedangkan nilai Rn optimal, berdasarkan penelitian, dapat dicari dengan persamaan berikut [14]: (2.1) 3. KONFIGURASI SISTEM Sistem yang digunakan pada Tugas Akhir ini adalah single line diagram GITET Krian 500 kV. Dari dua
2
4. PEMODELAN, SIMULASI DAN ANALISIS 4.1 Pemodelan, Simulasi dan Analisis Arus Inrush pada Trafo Daya Tanpa Metode SPE a. Pemodelan Pemodelan single line diagram pada gambar 3 menggunakan software ATP tampak pada gambar 4. Dari gambar 3 dibuat sebuah pemodelan rangkaian dengan menganalogikan suplai tegangan dari bus 500 kV sebagai suatu sumber tegangan dengan tegangan nominal 500 kV. Pada pemodelan ini, starting transformator dilakukan dalam keadaan trafo tidak berbeban. Kopel magnet di antara belitan dan karakteristik nonlinier dari reaktansi magnetisasi adalah unsur terpenting dalam studi transien yang diakibatkan energisasi. Pemodelan transformator pada gambar 4 terdiri dari induktor histerisis nonlinier dan bagian linier. Pemodelan tersebut memperhatikan kapasitansi diantara belitan transformator
dan tanah. Kapasitansi ini tidak mempengaruhi inrush current dengan signifikan, akan tetapi kapasitansi tetap diperlukan untuk menghindari kesalahan pada simulasi yang ditandai dengan peringatan “floating subnetwork found”.
900 [kV] 600
300
0
-300
-600
-900 0.15
0.19
0.23
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) v :X0172A
v :X0172B
0.27
0.31
[s]
0.35
v :X0172C
Gambar 8.Tegangan Belitan Primer-G pada Ketiga Fasa Tanpa Metode SPE Gambar 4. Pemodelan Single Line Diagram Gambar 3 pada Software ATP
Arus Inrush 6000 [A] 4500
b. Hasil Simulasi Tegangan Belitan Primer ke Tanah
3000
900 [kV]
1500
600
0 300
-1500
0
-3000 0.15
-300
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
[s]
0.50
[s]
0.50
[s]
0.50
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) c:BREKA -CABLA
Gambar 9. Arus Inrush pada Fasa 1 Tanpa Metode SPE
-600
-900 0.15
4000 0.19
0.23
0.27
0.31
[s]
0.35
[A]
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) v :X0172A
Gambar 5.Tegangan Belitan Primer-G pada Fasa 1 Tanpa Metode SPE
3000
800
2000
[kV]
1000
500
0
200
-1000 -100
-2000 0.15 -400
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) c:BREKB -CABLB
Gambar 10. Arus Inrush pada Fasa 2 Tanpa Metode SPE -700 0.15
0.19
0.23
0.27
0.31
[s]
0.35
2000 [A]
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) v :X0172B
Gambar 6.Tegangan Belitan Primer-G pada Fasa 2 Tanpa Metode SPE
1000 0
800 [kV]
-1000
600
-2000 400
-3000 200
-4000 0
-5000 -200
-6000 0.15
-400
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) c:BREKC -CABLC
Gambar 11. Arus Inrush pada Fasa 3 Tanpa Metode SPE
-600 -800 0.15
0.19
0.23
0.27
0.31
[s]
0.35
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) v :X0172C
Gambar 7.Tegangan Belitan Primer-G pada Fasa 3 Tanpa Metode SPE
3
Nilai tahanan netral yang optimal dihitung berdasarkan persamaan 2.1 :
6000 [A] 4000
Tabel 1. Data Tes Tanpa Beban Trafo GITET Krian 500 kV Tegangan Arus Rugifasa Arus tanpa beban tanpa rugi ke tanah (A) beban tanpa (kV) rata-rata beban RMS IA IB IC (A) (kW) 20,200 26,75 23,63 29,5 26,63 140 Impedansi open circuit dari tansformator
2000
0
-2000
-4000
-6000 0
1
(f ile inrush_gilang.pl4; x-v ar t) c:BREKA -CABLA
2 c:BREKB -CABLB
3
4
[s]
5
c:BREKC -CABLC
Gambar 12. Kurva Arus Inrush pada Ketiga Fasa Tanpa Metode SPE
c.
Analisa Hasil Simulasi Tegangan Belitan Primer ke Tanah Pada gambar 5-8, tampak kurva tegangan belitan primer ke tanah pada ketiga fasa. Pada gambar 8, fasa 1 ditandai dengan warna merah, fasa 2 ditandai dengan warna hijau, fasa 3 ditandai dengan warna biru. Fasa 1 dan 2 berbeda sudut 120°, demikian juga pada fasa 2 dan 3 juga berbeda sudut 120°. Tampak bahwa posisi gelombang tegangan pada awal terhubung dengan transformator yang berbeda dari tiap fasa mempengaruhi bentuk kurva arus inrush yang timbul. Dari pemodelan dapat diamati bahwa alat ukur tegangan (voltmeter) pada ketiga fasa diletakkan di antara switch tiga fasa dan transformator. Hal ini menjelaskan kenapa pada gambar 5-7 kurva tegangan mulai stabil pada sekitar detik ke-0,17. Hal ini dikarenakan waktu menutup switch pada ketiga fasa adalah sekitar detik ke-0,17. Arus Inrush Gambar 9 menunjukkan arus inrush pada fasa 1 muncul pada detik ke-0,17. Hal ini dikarenakan waktu menutup switch fasa 1 adalah pada detik ke-0,17. Pada gambar tersebut dapat diamati bahwa nilai arus inrush maksimum yang timbul adalah 5950,6 A. Gambar 10 menunjukkan arus inrush pada fasa 2 muncul pada detik ke-0,17666. Hal ini dikarenakan waktu menutup switch fasa 2 adalah pada detik ke-0,17666. Pada gambar tersebut dapat diamati bahwa nilai arus inrush maksimum yang timbul adalah 3994 A. Gambar 11 menunjukkan arus inrush pada fasa 3 muncul pada detik ke-0,17333. Hal ini dikarenakan waktu menutup switch fasa 3 adalah pada detik ke-0,17333. Pada gambar tersebut dapat diamati bahwa nilai arus inrush maksimum yang timbul adalah 5497 A. Hasil simulasi pada gambar 12 menunjukkan arus inrush yang timbul pada ketiga fasa. Arus inrush pada fasa 1 ditunjukkan dengan warna merah, arus inrush pada fasa 2 dengan warna hijau, arus inrush pada fasa 3 dengan warna biru. Dari gambar tersebut, tampak bahwa arus mencapai nilai steady state setelah 3 detik. 4.2 Pemodelan, Simulasi dan Analisa Arus Inrush Pada Trafo Daya yang Menggunakan Metode SPE a. Pemodelan Ada dua hal yang menjadi komponen paling penting pada pemodelan metode Sequential Phase Energization seperti yang telah dijelaskan, yaitu nilai tahanan netral dan waktu delay antara tiap tahapan energisasi.
4
Sedangkan resistansi open circuit dari transformator
Sehingga didapatkan Xopen
Sehingga didapatkan Rn optimal ,
Sedangkan untuk waktu delay antara masing-masing tahapan energisasi digunakan nilai tiga detik. Hal ini berdasarkan hasil simulasi pada gambar 9–12 yang menunjukkan bahwa arus inrush hilang pada detik ke-3. Berikut pemodelan metode Sequential Phase Energization pada transformator daya GITET Krian 500 kV dengan ATP :
Gambar 13. Pemodelan Metode Sequential Phase Energization dengan ATP
b. Hasil Simulasi dan Analisis Tegangan Belitan Primer ke Tanah 900 [kV] 600
300
0
-300
-600
-900 0.15
0.32
0.49
0.66
0.83
[s]
1.00
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176A
Gambar 14. Tegangan Belitan Primer ke Tanah pada Fasa 1 dengan Metode SPE
600
900
[kV]
[kV] 600
400
300
200
0
0
-300
-200
-600
-400
-900 0.15
0.19
0.23
0.27
0.31
[s]
-600 3.12
0.35
3.14
3.16
3.18
3.20
3.22
[s]
3.24
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176C
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176A
Gambar 15. Tegangan Belitan Primer ke Tanah pada Fasa 1 dengan Metode SPE (dari 0.15-0.35 s)
Gambar 19. Lonjakan Tegangan pada Fasa 3 Akibat Energisasi Fasa 2 (Perluasan Gambar 18, dari 3.12-3.24 s) 600
600
[kV]
[kV]
400
400
200 200
0 0
-200 -200
-400 -400
-600 6.10
-600 2.5
2.7
2.9
3.1
3.3
[s]
6.13
6.16
6.19
6.22
[s]
6.25
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176C
3.5
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176B
Gambar 16. Tegangan Belitan Primer ke Tanah pada Fasa 2 dengan Metode SPE
Gambar 20. Peralihan Tegangan pada Fasa 3 Akibat Energisasi Fasa 3 (Perluasan Gambar 18, dari 6.11-6.25 s) 900 [kV]
600
600
[kV] 400
300
200
0
0
-300
-200
-600
-400
-900 6.10
-600 3.10
3.14
3.18
3.22
3.26
[s]
Gambar 17. Peralihan Tegangan Pada Fasa 2 Akibat Energisasi Fasa 2 (Perluasan Gambar 16, dari 3.1-3.3 s)
600 [kV] 400
200
0
-200
-400
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
[s]
6.16 v :X0176B
6.19
6.22
[s]
6.25
v :X0176C
Gambar 21. Tegangan Belitan Primer ke Tanah pada Ketiga Fasa dengan Metode SPE (dari 6.15-6.25 s)
3.30
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176B
-600 3.0
6.13
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176A
6.5
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) v :X0176C
Gambar 18. Tegangan Belitan Primer ke Tanah pada Fasa 3 dengan Metode SPE
5
Fasa 1 Pada gambar 14 dan 15 tampak kurva tegangan belitan primer trafo ke tanah pada fasa 1. Dari analisis gambar tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa saat energisasi fasa 1, kurva tegangan menunjukkan nilai tegangan nominalnya sebesar 404410 volt. Bersamaan dengan energisasi fasa 1, voltmeter akan membaca nilai dari sumber tegangan seperti tampak dari pemodelan pada gambar 13. Tegangan ini akan tetap stabil pada nilai nominalnya dan tidak dipengaruhi energisasi fasa berikutnya, yaitu energisasi fasa 2 dan 3. Fasa 2 Pada gambar 16 dan 17 tampak kurva tegangan belitan primer trafo ke tanah pada fasa 2. Pada saat fasa 1 dienergisasi dan switch 2 belum ditutup, voltmeter sudah menunjukkan nilai tegangan. Pada kondisi ini, nilai tegangan belitan primer trafo ke tanah sama dengan nilai tegangan yang timbul pada tahanan netral Rn. Kemudian ketika switch
2 ditutup, tegangan yang terbaca pada voltmeter menunjukkan nilai tegangan nominal sisi primer trafo sebesar 404410 volt. Selanjutnya tegangan ini akan tetap stabil pada nilai nominalnya dan tidak dipengaruhi energisasi fasa berikutnya, yaitu energisasi fasa 3. Fasa 3 Gambar 18, 19 dan 20 menunjukkan kurva tegangan belitan primer trafo ke tanah pada fasa 3. Pada saat fasa 1 dienergisasi serta switch 2 dan 3 belum ditutup, voltmeter sudah menunjukkan nilai tegangan. Hal ini identik dengan yang terjadi pada kurva tegangan primer trafo ke tanah fasa 2. Pada kondisi ini, nilai tegangan pada belitan primer trafo ke tanah sama dengan nilai tegangan yang timbul pada tahanan netral Rn. Selanjutnya pada saat fasa 2 dienergisasi dan switch 3 belum ditutup, terjadi lonjakan tegangan kumparan primer trafo ke tanah pada fasa 3 yang cukup besar seperti ditunjukkan pada gambar 19. Hal ini dikarenakan arus pada fasa 1 dan fasa 2 bergabung dan menghasilkan arus yang melewati nilai tahanan netral Rn yang lebih besar. Arus netral yang lebih besar ini akan menyebabkan nilai tegangan pada tahanan netral Rn meningkat. Akan tetapi hal ini tidak membahayakan karena batas ketahanan trafo daya terhadap tegangan adalah sebesar 1175 kV dibandingkan dengan lonjakan tegangan sebesar 600 kV. Kemudian ketika switch 3 ditutup, tegangan yang terbaca pada voltmeter menunjukkan nilai tegangan nominal sisi primer trafo sebesar 404410 volt. Selanjutnya tegangan ini akan tetap stabil pada nilai nominalnya tersebut. Arus Inrush Berikut ini adalah hasil simulasi arus inrush dengan metode SPE :
1500 [A] 1000
500
0
-500
-1000
-1500 3.10
3.13
3.16
3.19
3.22
[s]
3.25
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKA -CABLA
Gambar 24. Lonjakan Arus pada Fasa 1 Akibat Energisasi Fasa 2 (Perluasan Gambar 22, dari 3.1-3.25 s)
Gambar 22-24 menunjukkan kurva arus inrush pada fasa 1. Pada saat fasa 1 dienergisasi serta switch 2 dan 3 belum ditutup, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 23, tampak terjadi pengurangan arus inrush yang sangat besar. Pada kondisi ini, arus lonjakan awal yang timbul sebesar 1034,8 A. Peredaman ini dikarenakan pada saat energisasi fasa 1, Rn terangkai seri dengan fasa 1 sehingga arus inrush akan teredam. Pada saat fasa 2 dienergisasi, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 24, tampak terjadi lonjakan arus pada fasa 1. Pada kondisi ini, arus lonjakan yang timbul adalah sebesar 1102 A. Hal ini dikarenakan ada sebagian arus pada fasa 2 yang masuk ke fasa 1. Kondisi ini bergantung pada nilai Rn, dimana pada saat fasa 2 dienergisasi, semakin besar nilai Rn, semakin besar pula arus inrush fasa 2 yang masuk ke fasa 1. 1200 [A]
1500
800
[A] 1000
400
500 0
0 -400
-500 -800
-1000 -1200 0.0
-1500 0.0
2.2
4.4
6.6
8.8
[s]
11.0
[s]
3.22
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKB -CABLB
2.2
4.4
6.6
8.8
[s]
11.0
Gambar 25. Arus Inrush pada Fasa 2 dengan metode SPE
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKA -CABLA
Gambar 22. Arus Inrush pada Fasa 1 dengan metode SPE 1200
1500
[A]
[A] 800
1000
400
500
0
0 -400
-500 -800
-1000
-1500 0.16
-1200 3.12
0.17
0.18
0.19
0.20
[s]
0.21
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKA -CABLA
Gambar 23. Lonjakan Arus pada Fasa 1 Akibat Energisasi Fasa 1 (Perluasan Gambar 22, dari 0.16-0.21 s)
6
3.14
3.16
3.18
3.20
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKB -CABLB
Gambar 26. Lonjakan Arus pada Fasa 2 Akibat Energisasi Fasa 2 (Perluasan Gambar 25, dari 3.12-3.22 s)
Gambar 25-26 menunjukkan kurva arus inrush pada fasa 2. Pada saat fasa 2 dienergisasi, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 26, terlihat terjadi peredaman arus inrush pada fasa 2. Akan tetapi jika dibandingkan dengan arus inrush yang timbul pada saat energisasi fasa 1, peredaman arus inrush pada fasa 2 bisa dikatakan berkurang. Pada kondisi ini, arus lonjakan awal adalah sebesar 1109,4 A. 800 [A] 500
200
-100
-400
-700
-1000 0.0
2.2
4.4
6.6
8.8
11.0
[s]
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKC -CABLC
Gambar 27. Arus Inrush pada Fasa 3 dengan metode SPE 800 [A] 500
200
-100
-400
4.3 Perbandingan Antara Arus Inrush Tanpa dan Dengan Metode SPE Dari gambar 23 dan 24, dapat diamati bahwa arus inrush terbesar pada fasa 1 adalah 1102 A. Jika dibandingkan dengan transformator daya yang tidak menerapkan metode SPE dimana arus inrush yang terjadi pada fasa 1 mencapai 5950,6 A, dapat diambil kesimpulan bahwa terjadi pengurangan arus inrush sebesar 82,61%. Gambar 25 dan 26 menunjukkan kurva arus inrush pada fasa 2. Pada saat fasa 2 dienergisasi, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 26, terlihat terjadi peredaman arus inrush pada fasa 2. Pada kondisi ini, arus lonjakan awal adalah sebesar 1109,4 A. Jika dibandingkan dengan transformator daya yang tidak menerapkan metode SPE dimana arus inrush yang terjadi pada fasa 2 mencapai 3394 A, dapat diambil kesimpulan bahwa terjadi pengurangan arus inrush sebesar 72,22%. Dari gambar 27 dan 28, dapat diamati kurva arus inrush pada fasa 3. Pada saat fasa 3 dienergisasi, sebagaimana ditunjukkan pada dua gambar tersebut, terjadi lonjakan arus pada fasa 3. Pada kondisi ini, arus lonjakan yang terjadi adalah sebesar 993,41 A. Tidak berapa lama dari energisasi fasa 3, berangsur-angsur arus pada fasa 3 menuju nilai steady state. Dari gambar 4.48 dan 4.49, dapat diamati bahwa arus inrush terbesar pada fasa 3 adalah 993,41 A. Jika dibandingkan dengan transformator daya yang tidak menerapkan metode SPE dimana arus inrush yang terjadi pada fasa 3 mencapai 5497,4 A, dapat diambil kesimpulan bahwa terjadi pengurangan arus inrush sebesar 81,93%.
-700
-1000 6.15
5. KESIMPULAN 6.16
6.17
6.18
6.19
6.20
6.21
[s]
6.22
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKC -CABLC
Gambar 28. Lonjakan Arus pada Fasa 3 Akibat Energisasi Fasa 3 (Perluasan Gambar 27, dari 6.15-6.22 s)
Gambar 27-28 menunjukkan kurva arus inrush pada fasa 3. Pada saat energisasi fasa 1 dan energisasi fasa 2, tidak ada arus pada fasa 3. Hal ini dikarenakan switch 3 dalam keadaan terbuka. Selanjutnya pada saat fasa 3 dienergisasi, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 28, terjadi lonjakan arus pada fasa 3. Pada kondisi ini, arus lonjakan yang terjadi adalah sebesar 993,41 A. Tidak berapa lama dari energisasi fasa 3, berangsur-angsur arus pada fasa 3 menuju nilai steady state. 1500 [A] 1000
500
0
-500
Pada kondisi tanpa menggunakan metode apapun untuk mengurangi arus inrush pada transformator daya GITET Krian 500 kV, arus inrush yang timbul berturut-turut pada fasa 1, 2 dan 3 sebesar 5950,6 A, 3994 A dan 5497,4 A. Berdasarkan perhitungan, nilai tahanan netral yang paling optimal untuk mengurangi arus inrush pada transformator daya GITET Krian 500 kV adalah sebesar 64,23 Ω. Sedangkan untuk waktu delay switching antara tiap fasa, berdasarkan hasil simulasi, adalah tiga detik. Arus inrush yang timbul saat metode Sequential Phase Energization diterapkan berturut-turut pada fasa 1, 2 dan 3 sebesar 1102 A, 1109,4 A dan 993,41 A. Hal ini berarti telah terjadi pengurangan arus inrush berturut-turut pada fasa 1, 2 dan 3 sebesar 81,48%, 72,22%, dan 81,93% terhadap arus inrush yang timbul tanpa menggunakan metode ini. Berdasarkan hasil yang didapatkan tampak bahwa dengan metode Sequential Phase Energization, arus inrush yang timbul pada transformator daya tereduksi secara signifikan dibandingkan tanpa menerapkan metode apapun. Oleh karena itu, metode ini layak untuk diterapkan sebagai cara mengurangi arus inrush.
-1000
DAFTAR REFERENSI -1500 4
6
(f ile inrush_gilang_SPE.pl4; x-v ar t) c:BREKA -CABLA
0
2
c:BREKB -CABLB
8
[s]
10
[1]
c:BREKC -CABLC
Gambar 29. Arus Inrush pada Ketiga Fasa dengan metode SPE
7
Abdulsalam, S.G., and Xu, Wilsun. 2005. “Analytical Study of Transformer Inrush Current Transients and Its Applications”. International Conference of
[2]
[3]
[4] [5] [6] [7] [8]
[9]
[10]
[11] [12]
[13] [14]
[15]
Power System Transients (IPST’05). Montreal, Canada, June 19-23. C.E., Lin., C.L., Cheng., C.L., Huang., and J.C., Yeh. 1993. “Investigation of Magnetising Inrush Current in Transformers. Part II – Harmonic Analysis”. IEEE Transactions on Power Delivery 8, 1:255-263. Cui, Yu., Abdulsalam, S.G., Chen, Shiuming., and Xu, Wilsun. 2005. “A Sequential Phase Energization Technique for Transformer Inrush Current Reduction – Part I : Simulation and Experimental Results”. IEEE Transactions on Power Delivery 20, 2:943-949. Harlow, J.H. 2004. Electric Power Transformer Engineering. CRC. Press. LCC. IEEE Standards Transformer Committee. 2001. Inrush Current Tutorial Session. Inrush Current,
Inrush Curve, Lister, Eugene C. ,”Mesin dan Rangkaian Listrik”’ The Institue of Electrical and Electronics Engineers, Inc,1988. Prikler, Laszlo., Hoidalen, Hans Kr. 1998. ATPDraw for Windows 3.1x/95/NT version 1.0 : User’s Manual. Norway : SINTEF Energy Research. Rahnavard, R., Valizadeh, M., Sharifian, A.A.B., and Hosseini, S.H. Analitical Analysis of Transformer Inrush Current and Some New Techniques for Its Reduction. R. Kuphaldt, Tony.2000-2002. Lessons in Electric Circuit. Sim, H.J., and Digby, S.H. 2004. Power Transformer. Boca Raton, Florida, USA. CRC. Press. LCC Singh, R.K. Transformer. Xu, Wilsun., Abdulsalam, S.G., Cui, Yu., and Liu, Xian. 2005. “A Sequential Phase Energization Technique for Transformer Inrush Current Reduction – Part II : Theoretical Analysis and Design Guide”. IEEE Transaction on Power Delivery 20, 2:950957. Zuhal. 2000. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama. RIWAYAT HIDUP PENULIS
Gilang Wilfanur dilahirkan di kota Pekanbaru, 4 Nopember 1987. Penulis adalah putra pertama dari empat bersaudara pasangan Bapak Suwito dan Ibu Nur Hijjah. Pada tahun 2005 penulis masuk ke Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya lewat jalur SPMB dengan NRP 2205100181 dan mengambil bidang studi Teknik Sistem Tenaga. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif sebagai pengurus dan anggota Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro ITS, khususnya Divisi Kajian Islam (KALAM). Pada bulan Januari 2010, penulis mengikuti seminar dan ujian Tugas
8
Akhir di bidang studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro ITS Surabaya sebagai salah satu persyaratanuntuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro.
