TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH NIM : 132 03 087 / Teknik Tenaga Elektrik (A)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung
Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH NIM : 132 03 087 / Teknik Tenaga Elektrik (A)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT
Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH NIM : 132 03 087 / Teknik Tenaga Elektrik (A)
Laporan Tugas Akhir Telah diterima dan disahkan sebagai kolokium untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar SARJANA TEKNIK ELEKTRO pada PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Bandung, 29 Juni 2007 Menyetujui, Pembimbing
Dr. Ir. Redy Mardiana NIP 132150425
ABSTRAK TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT Oleh
Muhammad Fauzy Abdullah NIM : 13203087
Tugas akhir ini membahas tentang teknik baru untuk proteksi differensial transformator daya tiga fasa dengan menggunakan transformasi Hilbert. Transformasi Hilbert digunakan untuk memperoleh besar amplitudo (amplitude envelope) dan sudut fasa dari sinyal gangguan. Dengan mengetahui besar amplitudo dan beda sudut fasa (phase-angle difference) antara sinyal gangguan di sisi primer dan di sisi sekunder transformator daya, maka teknik ini mampu membedakan jenis gangguan dalam (internal fault) dan gangguan luar (external fault) serta arus magnetizing inrush. Teknik proteksi ini menggunakan arus dari setiap fasa sebagai besaran listrik yang dianalisis. Teknik ini telah diujicobakan dan dievaluasi dengan menggunakan Matlab/SIMULINK untuk berbagai jenis gangguan yang meliputi gangguan tiga fasa, dua fasa, dan satu fasa ke tanah. Evaluasi yang telah dilakukan juga memperhitungkan pengaruh saturasi trafo arus (CT), pengaruh hubungan belitan transformator, dan pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah. Hasil evaluasi menunjukkan bahwa teknik yang diusulkan memiliki selektifitas yang baik, yang mampu membedakan kondisi gangguan dalam dan gangguan luar serta memiliki respon kecepatan tinggi yang cukup tinggi.
Kata kunci : proteksi transformator, relai proteksi, transformasi Hilbert
ii
ABSTRACT DIGITAL DIFFERENTIAL PROTECTION TECHNIQUE OF THREE PHASE POWER TRANSFORMER USING HILBERT TRANSFORM
By
Muhammad Fauzy Abdullah NIM : 13203087
This final project explains a novel technique for differential protection of three phase power transformer using the Hilbert transform. Hilbert transform is employed to obtain the amplitude envelope and phase-angle difference in primary side and secondary side of transformer phase currents, hence this proposed technique is able to distinguish between internal faults, external faults and magnetizing inrush. The proposed technique uses each phase current as the only input and is independent on differential currents. The technique has been tested and evaluated resulted from Matlab/SIMULINK simulation for different types of faults, include three phase-toground fault, line-to-line fault, and single phase-to-ground fault. The evaluation to the technique has taken into account the effects of saturated CT model, transformer winding connections, and fault and ground resistances. The evaluation results show that the proposed technique gives good selectivity as indicated by its ability to distinguish between internal and external faults and gives high speed relay response.
Key words : transformer protection, protective relaying, Hilbert transform
i
KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis mengucapkan puji syukur kehadirat Allah Swt atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Teknik Proteksi Differensial Dijital Pada Transformator Daya Tiga Fasa Dengan Menggunakan Transformasi Hilbert. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata-1 pada Program Studi Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua tercinta dan seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan luar biasa dalam penyelesaian tugas akhir ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir. Redy Mardiana selaku pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, arahan, nasehat, dan dorongan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sesuai dengan waktu studi yang diharapkan. Tak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada teman-teman Elektro 2003 khususnya Aroes Koeat 2003 yang telah memberikan dukungan dan dorongan. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, baik menyangkut materi pembahasan maupun teknik penulisan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf atas segala keterbatasan serta dengan segala kerendahan hati penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun untuk perbaikan Tugas Akhir ini agar bermanfaat bagi perkembangan ilmu ketenagalistrikan.
Bandung, 29 Juni 2007
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRACT ……………………………………………………………….
i
ABSTRAK …………………………………………………………………
ii
KATA PENGANTAR ……………………………………………………..
iii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………
iv
DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………
vi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang ………..…………………………………
1.2
Tinjauan Pustaka…………………………………………. 3
1.3
Rumusan Masalah ……………………………………….
4
1.4
Tujuan Penelitian ……..………………………………….
4
1.5
Batasan Masalah...... ……………………………………..
5
1.6
Manfaat Penelitian.......... ………………………………...
6
1.7
Sistematika Pembahasan………………………………….. 6
LANDASAN TEORI 2.1
Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik ..................……..
8
2.2
Sistem Proteksi Tenaga Listrik ...................…………….
9
2.3
Proteksi Diferensial Pada Transformator Daya......…….
12
2.4
Metode Proteksi Diferensial Transformator Daya Dan Permasalahannya…............................................……
BAB III
1
PROTEKSI
TRANSFORMATOR
DAYA
15
MENGGUNAKAN
TRANSFORMASI HILBERT 3.1
Pengenalan Metoda Proteksi Transformator Daya Menggunakan transformasi Hilbert……………….……… 18 iv
3.2
BAB IV
Dasar Teori Transformasi Hilbert dan Implementasi ..........................................…….…………..
19
3.3
Prinsip Kerja Metode yang Diajukan..................….....…..
21
3.4
Pemodelan Sistem Tenaga Listrik................................…..
22
3.5
Pemodelan Sistem dengan Saturasi Trafo Arus.........……
25
3.6
Algoritma Metode yang Diajukan.............................…….
26
HASIL
DAN
ANALISIS
PENGGUNAAN
TRANSFORMASI
HILBERT UNTUK PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA 4.1
Pemodelan Sistem dalam Simulasi.... ……………………. 29
4.2
Implementasi dan Analisis dalam Rangkaian Simulasi ….
31
4.2.1 Gangguan Hubung Singkat dengan Perubahan Resistansi Gangguan………................................……..
31
4.2.2 Gangguan Hubung Singkat dengan Perubahan Hubungan Belitan pada Transformator Daya………...
71
4.2.3 Pengaruh dari Tap Changer Transformator Daya…..…
80
4.2.4 Magnetizing Inrush current......……………………..…
80
4.3
Arti dari Penggolongan Gangguan pada Transformator Daya dan Kecepatan respon Rele…….............………..… 81
4.4
BAB V
Analisis Rangkaian Logika dari Metode yang diajukan.....
81
KESIMPULAN Kesimpulan ………………………………………………......
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
v
83
DAFTAR GAMBAR
Gbr 2.1
Skema Proteksi Diferensial Menggunakan Relai Diferensial... 13
Gbr 2.2
Skema Proteksi Diferensial 3 Fasa. …...…...………………… 14
Gbr 3.1
Diagram Blok dari Transformasi Hilbert…...…………………. 20
Gbr 3.2
Pemodelan Simulasi Gangguan Sistem..………………………. 21
Gbr 3.3
Pemodelan Simulasi dan Parameter Sistem..………………….. 24
Gbr 3.4
Pemodelan Simulasi Saturasi Trafo Arus.…………………….. 25
Gbr 3.5
Kurva B versus H dari Pemodelan Saturasi Trafo Arus...…….. 26
Gbr 3.6
Flowchart Metode yang Diajukan ....………………………….. 28
Gbr 4.1
Simulasi Model pada Simulink MatLab……………………….. 30
Gbr 4.2
Hasil Uji Coba Gangguan Dalam 3 Fasa ke Tanah…………….. 33
Gbr 4.3
Hasil Uji Coba Gangguan Dalam Fasa ke Fasa……………….... 38
Gbr 4.4
Hasil Uji Coba Gangguan Dalam 1 Fasa ke Tanah…………….. 43
Gbr 4.5
Hasil Uji Coba Gangguan Dalam 3 Fasa ke Tanah dengan Saturasi Trafo Arus…………………………………….. 48
Gbr 4.6
Hasil Uji Coba Gangguan Luar 3 Fasa ke Tanah……………......53
Gbr 4.7
Hasil Uji Coba Gangguan Luar Fasa ke Fasa…………...……… 57
Gbr 4.8
Hasil Uji Coba Gangguan Luar 1 Fasa ke Tanah……………..... 62
Gbr 4.9
Hasil Uji Coba Gangguan Luar 3 Fasa ke Tanah dengan Saturasi Trafo Arus…………………………………….. 67
Gbr 4.18 Rangkaian Logika Metoda yang Diajukan ....………………….. 82
vi
