BAB I PENDAHULUAN
Proteksi transrmator daya terutama bertugas untuk mencegah kerusakan transformator sebagai akibat adanya gangguan yang terjadi dalam petak/bay transformator, disamping itu diharapkan juga agar pengaman transformator dapat berpartisipasi dalam penyelenggaraan selektifitas sistem, sehingga pengamanan transformator hanya melokalisasi gangguan yang terjadi di dalam petak/bay transformator saja.
1. Tujuan pemasangan Relai proteksi Trafo Tenaga.
Maksud dan tujuan pemasangan relai proteksi pada transformator daya adalah untuk mengamankan peralatan /system sehingga kerugian akibat gangguan dapat dihindari atau dikurangi menjadi sekecil mungkin dengan cara : 1. Mencegah kerusakan transformator akibat adanya gangguan/ketidak normalan yang terjadi pada transformator atau gangguan pada bay transformator. 2. Mendeteksi adanya gangguan atau keadaan abnormal lainnya yang dapat membahayakan membahayakan peralatan atau sistem. 3. Melepaskan (memisahkan) bagian sistem yang terganggu atau yang mengalami keadaan abnormal lainnya secepat mungkin sehingga kerusakan instalasi yang terganggu atau yang dilalui arus gangguan dapat dihindari atau dibatasi seminimum mungkin dan bagian sistem lainnya tetap dapat beroperasi. 4. Memberikan pengamanan cadangan bagi instalasi lainnya. 5. Memberikan pelayanan keandalan dan mutu listrik yang terbaik kepada konsumen. 6. Mengamankan Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.
2. Gangguan pada Trafo Tenaga
Gangguan pada transformator daya tidak dapat kita hindari, namun akibat dari gangguan tersebut harus diupayakan seminimal mungkin dampaknya. Ada dua jenis penyebab gangguan pada transformator, yaitu gangguan eksternal dan gangguan internal. a.
Ganggauan eksternal.
Gangguan eksternal sumber gangguan- nya berasal dari luar pengamanan transformator, tetapi dampaknya dirasakan oleh transformator t ersebut, diantaranya
-
gangguan hubung singkat pada jaringan
-
beban lebih
-
surja petir
b.
Gangguan internal
Gangguan internal adalah gangguan yang bersumber dari daerah pengamanan/petak bay transformator, diantaranya :
-
gangguan antar fasa pada belitan
-
fasa terhadap ground antar belitan transformator
-
gangguan pada inti transformator
-
gangguan tap changer
-
kerusakan bushing
-
kebocoran minyak atau minyak terkontaminasi
-
suhu lebih.
BAB II ISI RELAY – RELAY PROTEKSI TRANSFORMATOR
Trafo tenaga diamankan dari berbagai macam gangguan, diantaranya dengan peralatan proteksi (sesuai SPLN 52-1:1983 Bagian Satu, C) :
Relai arus lebih
Relai arus hubung tanah
Relai beban lebih
Relai tangki tanah Relai ganggauan tanah terbatas (Restricted Earth Fault)
Relai suhu
Relai Bucholz
Relai Jansen
Relai tekanan lebih
Relai suhu
Lightning arrester
Relle differensial
Jenis rele proteksi pada trafo tenaga adalah sebagai berikut : 1. Proteksi Utama : a. Rele Diferensial (87T)
Pemakaian relay differensial sebagai pengaman transformator diharapakan mampu mendeteksi gangguan-gangguan internal transformator. Gangguan-gangguan tersebut, antara lain hubung singkat di dalam kumparan dan hubung singkat antara fase kumparan. Prinsip kerja relay differensial pada transformator berdasarkan sirkulasi arus masukan atau perbandingan besarnya arus sisi primer dengan arus sisi sekunder. Prinsip kerjanya :
Membandingkan arus yang masuk dan yang keluar dari peralatan, jika ada selisih melebih setting rele akan kerja
Sangat cocok untuk proteksi terhadap gangguan suatu peralatan karena tidak perlu koordinasi dengan rele lainnya dan waktu kerja bisa dibuat secepat mungkin
Sensing CT diambil dari Primary Transformer dan Line CT di Bus supaya VR ikut terproteksi
Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat yang terjadi didalam daerah pengaman transformator dapat dilhat pada gambar di bawah ini
Gambar 2. Daerah proteksi transformator
Karakteristik Kurva Rele Diferensial
Karakteristiknya: Arus diferensial pickup adalah minimum arus yang dibutuhkan supaya rele
kerja. Ditentukan dengan memperhatikan error CT dan juga diferensial arus antara pada saat LTC / VR di tap maksimum
Arus diferensial didapat dari menjumlahkan komponen arus seconder di winding 1 dan winding 2 secara vektor. Jika arus berlawanan dalam artian yang satu menuju rele dan yang lain meninggalkan rele, maka akan saling mengurangi dan sebaliknya.
Arus restrain didapat dari harga yang paling besar antara arus di winding 1 atau winding 2 yang telah disetarakan ke harga pu.
Slope didapat dengan membagi antara Komponen arus diferensial dengan arus restrain
Daerah di atas kurva adalah daerah kerja rele diferensial, sedangkan pada daerah di bawah kurva rele tidak akan bekerja.
Slope 1 akan menentukan arus diferensial dan restrain pada kondisi normal dan memastikan sensitivitas rele pada saat internal fault dengan arus gangguan yang kecil.
Break 1 diset dibawah arus yang menyebabkan CT saturasi oleh komponen DC / residual magnetasi.
Break 2 diset dibawah arus yang menyebabkan CT saturasi oleh komponen AC saja
Slope 2 berguna supaya rele tidak kerja oleh gangguan eksternal yang berarus sangat besar sehingga salah satu CT mengalami saturasi. Di set dengan slope lebih dari 50 %.
b. Rele over voltage ( 59T )
Relay over voltage ini mendeteksi apabila adanya tegangan lebih pada Transformator. Prinsip kerjanya :
Melihat Besar Tegangan saja tanpa memperhatikan besar frekuensi
jika
melebihi setting tegangannya maka rele akan kerja
Setting biasanya sebesar 10 % dari tegangan nominal. Jika dipakai definite time, maka tunda waktunya sekitar 15 – 20 detik.
Berguna untuk mencegah kerusakan winding Trafo atau Generator dari over Voltage
Jika kenaikan Tegangan diikuti oleh kenaikan Frekuensi
Rele akan kerja
meskipun sebenarnya peralatan tidak mengalami overeksitasi c. Rele Overexcitasi (24) Relai overexcitasi ini berfungsi untuk mendeteksi adanya gangguan kelebihan eksitasi pada belitan transformator. Prinsip kerjanya :
Melihat Besar Tegangan dan frekuensinya utk diperbandingkan
jika
melebihi setting Volt / Hert-nya maka rele akan kerja
Berguna untuk mencegah kerusakan insulasi winding Trafo atau Generator dari over eksitasi yang memperlemah isolasi winding
Jika kenaikan Tegangan diikuti oleh kenaikan Frekuensi
Rele tidak akan
kerja karena peralatan tidak mengalami overeksitasi
Rele Over eksitasi lebih tepat untuk memproteksi trafo sebab rele tidak hanya memperhitungkan besar tegangan saja tapi juga besar frequensi.
Dalam hal CCPD sudah error terlalu besar, maka perlu diganti segera sebab akan menyebabkan rele bekerja pada tegangan yang tidak sesuai
2. Proteksi Cadangan (Internal): a. Rele Bucholz
Penggunaan rele deteksi gas (Bucholtz) pada Transformator terendam minyak yaitu untuk mengamankan transformator yang didasarkan pada gangguan Transformator seperti : arcing, partial discharge, over heating yang umumnya menghasilkan gas. Gasgas tersebut dikumpulkan pada ruangan rele dan akan mengerjakan kontak-kontak alarm. Rele deteksi gas juga terdiri dari suatu peralatan yang tanggap terhadap ketidaknormalan aliran minyak yang tinggi yang timbul pada waktu transformator terjadi gangguan serius. Peralatan ini akan menggerakkan kontak trip yang pada umumnya terhubung dengan rangkaian trip Pemutus Arus dari instalasi transformator tersebut. Ada beberapa jenis rele bucholtz yang terpasang pada transformator, Rele sejenis tapi digunakan untuk mengamankan ruang On. Timbulnya gas dapat diakibatkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah: • Hubung singkat antar lilitan pada atau dalam phasa • Hubung singkat antar phasa • Hubung singkat antar phasa ke tanah • Busur api listrik antar laminasi • Busur api listrik karena kontak yang kurang baik.
Relay ini digunakan untuk mendeteksi dan mengamankan transformator terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul ini diakibatkan oleh Hubung Singkat pada kumparan, busur listrik antar laminasi dan busur listrik akibat kontak yang kurang baik. Relay Bucholz dipasang di antara tangki transformator dan konservator. Relay ini memberikan indikasi alarm kalau terjadi gangguan didalam transformator yang relatif kecil dan akan memberikan sinyal triping kalau gangguan yang terjadi di dalam transformator serius (cukup membahayakan). Relay ini biasanya digunakan pada transformator yang mempunyai rating kapasitas 750 KVA. Contoh Relay Bucholz seperti terlihat pada gambar 2.7 berikut ini :
Load Tap Cahnger (OLTC) dengan prinsip kerja yang sama sering disebut dengan Rele Jansen. Terdapat beberapa jenis antara lain sema seperti rele bucholtz tetapi tidak ada kontrol gas, jenis tekanan ada yang menggunakan membran/selaput timah yang lentur sehingga bila terjadi perubahan tekanan kerena gangguan akan berkerja, disini tidak ada alarm akan tetapi langsung trip dan denganprinsip yang sama hanya menggunakan pengaman tekanan atau saklar tekanan. Gambar kontruksi Rele Bucholz seperti gambar ini:
Gambar. Relay Bucholz
Gambar. Konstruksi relay Bucholz b. Jansen membran
Alat ini berfungsi untuk Pengaman tekanan lebih (Explosive Membrane) / Bursting Plate yang kontruksinya seperti gambar dibawah ini: Rele ini bekerja karena tekanan lebih akibat gangguan didalam transformator, karena tekanan melebihi kemampuan membran yang terpasang, maka mamran akan pecah dan minyak akan keluar dari dalam transformator yang disebabkan oleh tekanan minyak
Gambar. Relay membrane JANSEN
c. Rele tekanan lebih ( Sudden Pressure Relay) (63 FP) Relay tekanan lebih digunakan sebagai pengaman transformator untuk mendeteksi adanya tekanan-tekanan yang berlebihan akibat gangguan di dalam transformator. Relay ini merupakan relay mekanik yang menggunakan sejenis membran
atau pelat yang akan pecah oleh karena tekanan atau desakan jarum pemecah ( breaking needle) akibat gangguan dalam transformator.
Suatu flash over atau hubung singkat yang timbul pada suatu transformator terendam minyak, umumnya akan berkaitan dengan suatu tekanan lebih didalam t angki, karena gas yang dibentuk oleh decomposisi dan evaporasi minyak. Dengan melengkapi sebuah pelepasan tekanan pada trafo maka tekanan lebih yang membahayakan tangki trafo dapat dibatasi besarnya. Apabila tekanan lebih ini tidak dapat dieliminasi dalam waktu beberapa millidetik, tangki trafo akan meledak dan terjadi panas lebih pada cairan, konsekuensinya pada dasarnya harus memberikan suatu peralatan pengaman. Peralatan pengaman harus cepat bekerja mengevakuasi tekanan tersebut. Gambar kontruksi rele tekanan lebih dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar. Relay Tekanan lebih
Gambar. Konstruksi Relay tekanan lebih
d.
Rele pengaman tangki
Rele bekerja sebagai pengaman jika terjadi arus mengalir tangki akibat gangguan fasa ke tangki atau dari instalasi bantu seperti motor kipas, srkulasi dan motor-motor bantu yang lain, pemanas dll. Arus ini sebagai pengganti rele diferensial sebab sistim rele pengaman tangki biasanya dipasang pada trafo yang tidak dilengkapi trafo arus disisi primer dan biasanya pada trafo dengan kapasitas kecil. Trafo dipasang diatas isolator sehingga tidak terhubung ke tanah kemudian dengan menggunakan kabel pentanahan yang dilewatkan melali trafo arus dengan tingkat isolasi dan ratio yang kecil kemudian tersambung pada rele tangki tanah dengan ratio Trafo arus antara 300 s/d 500 dengan sisi sekunder hanya 1 Amp. Tangki transformator terbuat dari bahan logam yang merupakan suatu media penghantar listrik yang baik. Meskipun jarang terjadi pada transformator, ada kemungkinan terjadi hubung singkat antara kumparan fase dengan tangki transformator. Pengaman tangki transformator biasanya menggunakan relay arus lebih dengan karakteristik waktu kerja seketika ( instantaneous). Contoh pengaman tangki tanah seperti gambar 2.9 berikut ini :
Gambar. Pengaman tangki transformator
e. Rele arus lebih ( over current relay)(51 T)
Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap gangguan hubung singkat antar fasa didalam maupun diluar daerah pengaman transformator Juga diharapkan rele ini mempunyai sifat komplementer dengan rele beban lebih. rele ini berfungsi pula sebagai pengaman cadangan bagi bagian instalasi lainnya.bentuk rele ini dapat dilhat pada gambar pengawatannya pada gambar di bawahnya.
Gambar . pengawatan relay arus lebih
Gambar . Relay arus lebih
Gambar. Rangkaian Relay arus lebih
f. Rele gangguan tanah terbatas ( Restricted Earth fault Relay ) (87 N)
Rele ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap tanah didalam daerah pengaman transformator khususnya untuk gangguan didekat titik netral yang tidak dapat dirasakan oleh rele differensial dapat dilhat pada gambar di bawah ini
Gambar. Rangkaian relay gangguan tanah terbatas
Gambar. Konstruksi relay gangguan tanah terbatas
g. Rele arus lebih berarah
Directional over current Rele atau yang lebih dikenal dengan Rele arus lebih yang mempunyai arah tertentu merupakan Rele Pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan tegangan yang dapat membedakan arah arus gangguan. Rele ini terpasang pada jaringan tegangan tinggi, tegangan menengah juga pada pengaman transformator tenaga dan berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-phasa maupun Phasa ketanah. Rele ini mempunyai 2 buah parameter ukur yaitu tegangan dan arus yang masuk ke dalam rele untuk membedakan arah arus ke depan atau arah arus ke belakang.Pada pentanahan titik netral trafo dengan menggunakan tahanan, rele ini dipasang pada penyulang 20 KV. Bekerjanya rele ini berdasarkan adanya sumber arus dari ZCT (Zero Current Transformer) dan sumber tegangan dari PT (Potential Transformers). Sumber tegangan PT umumnya menggunakan rangkaian Open-Delta, tetapi tidak menutup kemungkinan ada yang menggunakan koneksi langsung 3 Phasa. Untuk membedakan arah tersebut maka salah satu phasa dari arus harus dibandingkan dengan Tegangan pada phasa yang lain. Berikut adalah gambar rele arus lebih berarah:
Gambar. Konstruksi relay arus lebih berarah Pengaman yang bekerja karena adanya besaran arus dan tegangan yang dapat membedakan arah arus gangguan. Relai ini terpasang pada Jaringan Tegangan tinggi, Tegangan menengah juga pada pengaman Transformator tenaga dan berfungsi untuk mengamankan peralatan listrik akibat adanya gangguan phasa-phasa maupun Phasa ketanah. Relai Ini Mempunyai 2 buah parameter ukur yaitu Tegangan dan Arus yang
masuk ke dalam Relai untuk membedakan arah arus ke depan atau arah arus ke belakang. Pada pentanahan titik netral trafo dengan menggunakan tahanan, relai ini dipasang pada penyulang 20 KV. Bekerjanya relai ini berdasarkan adanya sumber arus dari ZCT (Zero Current Transformer) dan sumber tegangan dari PT (Potential Transformers). Sumber tegangan PT umumnya menggunakan rangkaian Open-Delta, tetapi tidak menutup kemungkinan ada yang menggunakan koneksi langsung 3 Phasa. Untuk membedakan arah tersebut maka salah satu phasa dari arus harus dibandingakan dengan Tegangan pada phasa yang lain.
Relai connections Adalah sudut perbedaan antara arus dengan tegangan masukan relai pada power faktor satu.
Relai maximum torque angle Adalah perbedaan sudut antara arus dengan tegangan pada relai yang menghasilkan torsi maksimum.
Gambar. Diagram phasor torsi
h.
Relay Suhu
Relay ini digunakan untuk mengamankan transformator dari kerusakan akibat adanya suhu yang berlebihan. Ada 2 macam relay suhu pada transformator, yaitu :
a. Relay Suhu Minyak
Relay ini dilengkapi dengan sensor yang dipasang pada minyak isolasi transformator. Pada saat transformator bekerja memindahkan daya dari sisi primer ke sisi sekunder, maka akan timbul panas pada minyak isolasi, akibat rugi daya maupun adanya gangguan pada transformator.
b. Relay Suhu Kumparan
Relay ini hampir sama dengan relay suhu minyak. Perbedaannya terletak pada sensornya. Sensor relay suhu kumparan berupa elemen pemanas yang dialiri arus dari transformator arus yang dipasang pada kumparankumparan transformator.
Gambar. Rangkaian Relay Suhu dengan sensing temperature electronic
i.
Relay Hubung Tanah ( Earth faulth)
Relay hubung tanah berfungsi untuk mengamankan transformator dari kerusakan akibat gangguan tanah ( Earth faulth). Relay ini dilengkapi dengan transformator arus, kumparan kerja relay dan kumparan triping. Pada kondisi normal, dimana tidak ada gangguan yang terjadi pada transformator, jumlah arus ketiga fase sama dengan nol sehingga jumah fluks pada inti transformator sama dengan nol. Apabila terjadi gangguan tanah, maka jumlah fluks pada inti transformator tidak lagi nol. Contoh relay hubung tanah seperti gambar 2.8 berikut ini : Relai arah hubung tanah memerlukan operating signal dan polarising signal. Operating signal diperoleh dari arus residual melalui rangkaian trafo arus penghantar (Iop = 3Io) sedangkan polarising signal diperoleh dari tegangan residual. Tegangan residual dapat diperoleh dari rangkaian sekunder open delta trafo tegangan seperti pada Gambar 9.24 Vres = Vag + Vbg + Vcg = 3Vo
Gambar. Rangkaian open Delta trafo tegangan
j.
Relay Beban Lebih ( Over Load )
Relay ini berfungsi untuk mengamankan transformator dari kerusakan akibat adanya beban (arus) yang melebihi harga tertentu. Beban lebih kalau dibiarkan terlalu lama akan menyebabkan panas pada kumparan transformator sehingga bisa terjadi kerusakan isolasi pada kumparan transformator. Sensor relay ini pada umumnya berupa
bimetal yang mendapat sinyal atau arus masukan dari transformator arus. Sinyal arus masukan diubah ke panas untuk mengerakkan elemen bimetal (termis).
k. Lighting Arrester
Karena transformator di Gardu Induk pada umumnya berhubungan dengan rel danrel
langsung
berhubungan
dengan
saluran
transmisi
sedangkan
saluran
transmisikebanyakan adalah saluran udara yang jumlah gangguannya tingi maka kemungkinan bahwa transformator mendapat gangguan karena gangguan disaluran transmisi adalahlebih besar dari pada generator.Petir yang banyak menyambar saluran udara setelah menjalar disaluran udarakemudian menuju transforrnator tetapi terlebih dahulu akan di “potong” oleh lightning arrester seperti tampak pada gambar 9.4
BAB III KESIMPULAN
