SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
ANALISIS UP RATING TRANSFORMATOR TRANSFORMATOR DISTRIBUSI TERHADAP KINERJA PROTEKSI PENYULANG Hasbullah Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FPTK UPI Jl. Dr. Setiabudi 229 Bandung 40154 email :
[email protected] Abstrak Transformator distribusi merupakan suatu komponen yang sangat penting dalam penyaluran tenaga listrik kepada konsumen, karena kerusakan pada transformator menyebabkan kontinuitas pelayanan terhadap konsumen akan terganggu. Up rating transformator merupakan solusi yang dilakukan akibat meningkatnya beban terhadap kebutuhan masyarakat yang semakin meningkat. Pada umumnya up rating transformator ini dilakukan untuk meningkatkan kinerja operasi dalam pendistribusian tenaga listrik kepada konsumen dan seiring dengan perubahan pada transformator proses up rating transformator transformator dalam sistem tenaga listrik juga sangat berpengaruh terhadap sistem proteksi yang telah terpasang. Oleh karena itu perlu adanya perbaikan sistem.Untuk mengetahui perubahan yang terjadi akibat up rating transformator ini di lakukan analisis melalui penggunaan listing program yaitu dengan Electrical Transient Analyzer Program (ETAP) Power Station . Up ratin g transformator ini merupakan peningkatan kapasitas daya transformator 30 MVA menjadi 60 MVA pada sistem 150/20 kV. Informasi yang diperoleh dari hasil running program lebih kompleks dan akurasi dalam mengetahui load flow pada keadaan normal dalam kasus ini pada transformator 30 MVA yaitu diperoleh 33.38 MW pada BUS 1, dan 33.15 MW pada BUS 2, 2, sedangkan transformator 60 MVA diperoleh 35.95 MW pada BUS 1, dan 35.86 MW pada BUS 2, 2, selain itu adanya drop adanya drop voltage (Vd), besarnya (Vd), besarnya arus hubung singkat (short circuit ) serta total daya yang terpakai pada masing-masing transformator guna mempertahankan mutu (range tegangan sistem dan frekuensi) serta kinerja dari proteksi dan kehandalan (kontinuitas pasokan daya) kepada konsumen. Kata Kunci : up rating, transformator, aliran daya, short circuit, ETAP Pendahuluan Sistem tenaga listrik terdiri atas tiga bagian utama yaitu, sistem pembangkitan, sistem transmisi dan sistem distribusi. Dari ketiga sistem tersebut sistem distribusi merupakan bagian yang letaknya paling dekat dengan konsumen, Sistem distribusi membentuk jaringan akhir ke konsumen sebagai pusat beban. Dan sistem distribusi tenaga listrik dimulai dari sisi sekunder dari transformator daya pada gardu induk (GI) 150/20 kV, bila jarak pusat beban dengan GI relatif dekat. Tetapi apabila jarak antara GI dengan pusat beban cukup jauh, maka diperlukan sarana hubung, yaitu Gardu Hubung (GH). (GH). Sistem distribusi berfungsi untuk menyalurkan energi listrik dari suatu Gardu Induk distribusi ke konsumen melalui jaringan distribusi tegangan menengah ke tegangan rendah. Menurut fungsinya tersebut maka keandalan sistem distribusi menjadi sangat penting untuk diperhatikan. Terkait dengan transformator itu sendiri, bahwa dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini transformator diharapkan dapat beroperasi secara baik dan benar. Menurut tegangan operasinya transformator distribusi terdiri dari transformator 150/20 kV dan 70/20 kV. Transformator distribusi adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan daya atau tenaga listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau pun sebaliknya.
Dalam pendistribusian tenaga listrik, transformator sering mengalami beban lebih. Beban lebih (over load) load) terjadi karena kebutuhan dalam masyarakat yang semakin meningkat atau karena adanya gangguan beban dalam penyaluran yang mengakibatkan trafo menjadi panas atau terjadi hubung singkat. Dengan adanya peningkatan beban yang terjadi maka perlu adanya penambahan kapasitas daya pada transformator distribusi tersebut. Untuk memenuhi kualitas dan kapasitas pelayanan sesuai kebutuhan pelanggan (konsumen). Proses penaikan kapasitas dari transformator itu sendiri banyak terjadi fenomena dari perubahan tersebut dan juga akan berpengaruh pada keandalan sistem tenaga listrik misalnya akan berpengaruh pada kinerja proteksi yang digunakan. Informasi ini sangat dibutuhkan guna (performance) sistem mengevaluasi unjuk kerja (performance) tenaga dan menganalisis kondisi pembangkitan maupun pembebanan pada transformator. Metode Penelitian
Penelitian dilakukan dengan membuat pemodelan up rating transformator distribusi pada ETAP PowerStation . Pemodelan up rating transformator ini menggunakan model one line diagram sesuai dengan perencanaan yang diinginkan. Analisis up rating transformator dilakukan pada perencanaan saluran distribusi pada Gardu Induk Bandung Utara, ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan listrik yang mengalami
A1-62
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
peningkatan beban sehingga kapasitas transformator perlu adanya panambahan. Adapun perubahan yang terjadi yaitu up rating transformator dari kapasitas 30 MVA menjadi 60 MVA, dengan saluran distribusi pada rasio 150/20 kV. Electrical Studi analisis ini menggunakan Transient Analyzer Program (ETAP) Power Station Versi 4.0 sebagai bahasa komputasi teknik untuk menganalisis fenomena dan rugi-rugi yang terjadi pada transformator dalam sistem distribusi tenaga listrik serta pengaruh perubahan yang terjadi terhadap kinerja proteksi untuk keandalan sistem pada penyulang. Hasil dan Pembahasan. Hasil perhitungan studi analisis up rating transformator ini merupakan hasil eksekusi program ETAP PowesStation 4.0.0. Studi analisis ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan kapasitas daya transformator pada proteksi yang terpasang pada penyulang. Berdasarkan hasil eksekusi dari program ETAP pada analisis up rating transformator, diperoleh arus gangguan yang mengalir pada saluran distribusi 20 kV pada trafo III GI Bandung Utara dengan daya transformator 30 MVA dan transformator dengan daya 60 MVA, seperti transformator 30 MVA yang ditampilkan pada gambar berikut
A1-63
dan reaktif yang mengalir pada saluran, rugi daya saluran dan rugi daya system, seperti yang tertera pada tabel 1 di bawah ini : Tabel 1. Load Flow Transformator 30 MVA
Kemudian untuk transformator 60 MVA diperoleh hasil load flow sebagai berikut :
Gambar 2. Hasil running ETAP pada konfigurasi Transformator 60 MVA
Gambar 1. Hasil running ETAP pada konfigurasi Transformator 30 MVA Data hasil running ETAP pada studi load flow pada transformator 30 MVA diperoleh tegangan pada masing-masing bus beban, aliran daya aktif
Data hasil running ETAP pada studi load flow pada transformator 60 MVA diperoleh tegangan pada masing-masing bus beban, aliran daya aktif dan reaktif yang mengalir pada saluran, rugi daya saluran dan rugi daya sistem, seperti yang tertera pada tabel 2 di bawah ini :
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
Tabel 2. Load Flow Transformator 60 MVA
Sehingga pada bus 2 ini terlihat perubahan yang signifikan yang terjadi setelah dilakukannya up rating transformator akibat bartambahnya beban pada penyulang. Berikut ini merupakan grafik dari peningkatan pada uji coba gangguan hubung singkat :
Gambar 3. Perbandingan Arus Hubung Singkat Transformator pada Bus 2 Berdasarkan keterangan grafik di atas maka untuk menentukan nilai breaking capacity pada PMT harus lebih besar dibandingkan arus hubung singkat maksimal, sisi lain up rating transformator dapat meningkatkan arus hubung singkat (Isc) menjadi naik, sehingga perlu dilakukan pengecekan breaking capacity pada PMT eksiting. Pembahasan Proses up rating transformator ini terjadi pada penyaluran beban ke konsumen yang mengalami peningkatan. Peningkatan ini bersamaan dengan permintaan daya listrik oleh konsumen baik rumah tangga maupun industri. Up rating transformator ini terjadi pada saluran distribusi 150/20 kV pada transformator III pada Gardu Induk Bandung Utara. Berdasarkan data pada tabel 1 terdapat beberapa bus yang mengalami undervoltage , yaitu
A1-64
BUS 2, s ehingga, pengaruh up rating ini sangat penting untuk diperhatikan terutama untuk mengevaluasi pengaruh terjadinya gangguan hubungan singkat pada jaringan dan mengetahui besar arus-arus yang mengalir melalui saluransaluran yang dikontribusi oleh bus pada sistem tenaga di dalam interval waktu tertentu ketika sebuah gangguan hubung singkat terjadi. Selain itu, uji coba hubung singkat juga digunakan untuk menilai kapasitas-kapasitas alat-alat pemutus tenaga (PMT), perhitungan setting rele proteksi, maupun jaringan, sehingga dapat mengetahui besaran arus yang yang mengalir saat sebelum dan sesudah dilakukan proses up rating , ini dilakukan untuk keperluan evaluasi uji breaking capacity PMT sebagai pengaman (proteksi) serta perubahan setting rele proteksi terutama Over Current Relay (OCR) yang sudah beroperasi ataupun untuk keperluan perangkat pengaman yang baru. Sehingga sistem dapat diperbaiki dengan baik pada circuit breaker dengan jumlah cycle yang minimal, mengisolasi komponen yang mengalami gangguan (fault) dan mengatur sistem pembebanan sehingga kinerja proteksi akan tetap terjaga dan bekerja sesuai setting yang telah dipasang. Kesimpulan dan Saran Berdasarkan analisis dan pembahasan diatas diperoleh kesimpulan sebagai berikut 1. Aliran daya (load flow) yang mengalir pada transformator 30 MVA yaitu sebesar 33.38 MW pada BUS 1, dan 33.15 MW pada BUS 2 terhadap beban pada penyulang, kemudian pada transformator transformator 60 MVA yaitu sebesar 35.95 MW pada BUS 1, dan 35.86 MW pada BUS 2 terhadap beban pada penyulang. 2. Hubung singkat yang terjadi pada BUS 2 pada transformator 30 MVA diperoleh Isc-3phasa sebesar 6.126 kA, Isc-2phasa 5.305 kA, Isc2phasa ke tanah 5.552 kA, Isc-1phasa 0.980 kA, dan pada transformator 60 MVA diperoleh Isc3phasa sebesar 11.342 kA, Isc-2phasa 9.823 kA, Isc-2phasa ke tanah 10.038 kA, Isc-1phasa 0.863 kA. 3. Perubahan hubung singkat yang terjadi, ini sangat mempengaruhi kinerja dari PMT dan setting pada OCR, sehinga perlu adanya uji breaking capacity pada PMT pada penyulang agar bekerja dengan baik, 4. Perubahan setting waktu OCR mengakibatkan arus hubung singkat transfomator 30 MVA dan 60 MVA adalah pada sisi 150 kV 0.73s menjadi 0.62s, dan pada sisi 20 kV diperoleh 0.25s menjadi 0.27s. Saran 1. Studi up rating ini merupakan salah satu faktor terpenting pada perencanaan dan desain sistem tenaga listrik, baik dalam pengembangan maupun mengevaluasi unjuk kerja (performansi) dari sistem tersebut.
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
2.
Penggunaan ETAP PowerStation dapat dijadikan alternatif dalam penyelesaian studi-studi tentang masalah-masalah ketenagalistrikan khususnya pada PT. PLN (Persero) dan institusi yang memiliki program studi listrik tenaga atau arus kuat. Karena keunggulan program ini yaitu full grafis , operasi dengan virtual reality , data yang terintegrasi secara total, pemasukan data (entry data) yang sederhana.
Daftar Pustaka Arismunandar, Kuhwara, 1979, Teknik Tenaga Listrik, Jakarta : PT. Pradnya Paramita. John J. Grainger and William D. Stevenson, Jr. 1994. Power System Analysis . Singapore : McGraw-Hill Jean Claude. A solution for maintenance of power transformer overating under frequent overload : http:// IEEE. html _up rating transformer [dikases 24 Maret 2009] Widiatmoko. C, 2008, Perancangan Transformator Daya Satu Fasa Core Type Dengan Bantuan PC, Jurnal Elektro. Warman E, 2007, Pemilihan Dan Peningkatan Penggunaan Atau Pemakaian Serta Manajement Trafo Distribusi. Jurnal Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Kadir Abdul. 1981. Transformator . Jakarta : PT. Pradnya Paramita. Marsudi Djiteng. 2006. Operasi Sistem Tenaga Listrik . Yogyakarta : Graha Ilmu. Neidle. Michael. 1999. Teknologi Instalasi Listrik . Jakarta : Erlangga. Panduan Pemeliharaan Transformator Tenaga. PT PLN (persero) P3B. PT. PLN (Persero) P3B JB, Kaidah Koordinasi Setting Trafo Distribusi 2008. Stevenson,Jr. Wiliam D. 2004. Analisis Sistem Tenaga Listrik . Jakarta : Erlangga Tobing, Bonggas L. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi . Jakarta : Gramedia Turan Gonen. 1988. Modern System Analysis. Canada : John Wiley and Sons
A1-65
