Peninjauan Kembali Desain Transformator Untuk Meningkatkan Ketahanan Terhadap Gangguan Penyulang

Transkripsi

1 Peninjauan Kembali Desain Tansfomato Untuk Meningkatkan Ketahanan Tehadap Gangguan Penyulang Abstak: Seingnya tansfomato mengalami keusakan akibat gangguan penyulang memelukan pehatian khusus untuk mengetahui penyebab dan melakukan tindak lanjut aga tidak semakin banyak tansfomato yang usak. Dai data statistik keusakan tansfomato, diketahui bahwa penyebab keusakan tebesa adalah kaena aus though-fault akibat gangguan hubung singkat yang menimbulkan gaya mekanis/dinamis yang meusak belitan tansfomato. Oleh kaena itu, pelu dilakukan pengetahuan dan penelitian tentang desain tansfomato aga keusakan ini dapat dicegah atau dikuangi. Pada tulisan ini, dibahas tentang hal-hal yang pelu dipehatikan pada desain tansfomato yang tekait dengan hubung singkat sepeti aspek temal dan mekanis, belitan tesie, seta impedansi tansfomato. I. PENDAHULUAN Keandalan (eliability) sistem menjadi pioitas kaena tingginya tingkat kebutuhan listik pada masyaakat saat ini, hampi setiap kegiatan manusia saat ini membutuhkan tenaga listik. Keandalan ini tekait dengan ketesedian (availability) enegi listik setiap saat seta kesiapan dan keandalan sistem tenaga listik. Akan tetapi, selama ini seingkali tejadi penuunan keandalan sistem antaa lain disebabkan oleh keusakan pealatan-pealatan sistem tenaga listik akibat bebagai hal sepeti gangguan hubung singkat yang tejadi di sistem, temasuk keusakan pada tansfomato tenaga yang meupakan komponen tepenting dalam suatu sistem tansmisi. Dai data lapoan keusakan pealatan PT. PLN (Peseo) P3B Jawa-Bali, statistik keusakan tahun -1 menunjukkan bahwa kebanyakan keusakan tansfomato yang tejadi disebabkan oleh gangguan hubung singkat pada tegangan menengah ( kv). Tabel 1 : ekuensi Keusakan Tansfomato 15/ kv dan 7/ kv Tahun -1 di Wilayah Jawa-Bali Keusakan Akibat gangguan penyulang ekuensi Keusakan pada Tansfomato 15/ kv ekuensi Keusakan pada Tansfomato 7/ kv 3 1 Akibat tahanan isolasi menuun (penuaan) dan beakdown isolato 1 Keusakan OLTC 6 3 Keusakan belitan 1 3 Akibat gangguan intenal dan alam (tiang oboh, tangki boco, sambaan peti, dll) 4 Akibat shot cicuit di belitan 4 1 Akibat flash ove 3 Belum diketahui penyebabnya 4 Jumlah Kebeadaan tansfomato sangat penting dalam menyalukan daya dan mengkonvesi tegangan, sehingga haus mendapat pehatian aga keusakan seupa dapat dicegah atau dikuangi. Pencegahan keusakan ini dapat dilakukan dengan desain dan poses pembuatan tansfomato yang sesuai dengan keadaan sistem dan kemungkinan besa gangguan hubung singkat yang dapat tejadi pada sistem. Jika tansfomato telah selesai dibuat dan beopeasi, sulit dilakukan pebaikan pada komponen inti tansfomato. Oleh kaena itu, pelu peninjauan kembali desain tansfomato aga tansfomato memiliki ketahanan yang cukup tinggi tehadap gangguan hubung singkat yang dapat tejadi pada sistem, temasuk gangguan penyulang.

2 III. KETAHANAN TERHADAP HUBUNG SINGKAT Untuk dapat menguangi keusakan akibat gangguan hubung singkat, tansfomato haus didesain memiliki ketahanan tehadap hubung singkat (shot-cicuit withstand). Ketahanan tehadap hubung singkat ini dapat ditinjau dai dua aspek, yaitu kemampuan temal dan kemampuan dinamis/mekanis []. Gamba 1 : Bagian-Bagian Tansfomato Tenaga [] II. GANGGUAN PENYULANG Saluan Tegangan Menengah kv, atau seing disebut penyulang atau saluan distibusi, meupakan saluan yang menghubungkan antaa sistem tegangan tinggi dengan konsumen. Akibat tinggi saluan distibusi yang dekat dengan gound level seta tingginya aktivitas yang behubungan dengan saluan ini, pobabilitas tejadinya gangguan hubung singkat pada penyulang cukup tinggi. Gamba : Gangguan Hubung Singkat di Penyulang [1] Gangguan hubung singkat yang tejadi tedii dai hubung singkat simetis (hubung singkat tiga fasa) dan hubung singkat asimetis (hubung singkat satu fasa ke tanah, hubung singkat dua fasa ke tanah maupun anta fasa) []. Jika tejadi gangguan penyulang pada salah satu fasa atau lebih, akan timbul suatu aus gangguan yang mengali pada penyulang dai sumbe gangguan yang disebut aus though-fault. Jika sistem poteksi tidak befungsi dengan baik, pealatan-pealatan pime temasuk tansfomato akan dialii aus though-fault. Aus ini seing menyebabkan tejadinya keusakan pada tansfomato. a. Kemampuan Temal Salah satu bagian tepenting dai tansfomato adalah belitan/lilitan yang biasanya tebuat dai kondukto tembaga atau aluminium. Saat tejadi hubung singkat, akan timbul stess temal yang cukup besa kaena besanya aus though-fault. Untuk masing-masing kondukto, tedapat batas tempeatu dimana kondukto tesebut mulai kehilangan kekuatan selama peiode waktu tetentu. Kondukto yang dipilih haus tahan tehadap panas yang dihasilkan saat tejadi hubung singkat. Panas tesebut tidak boleh melampaui batas tempeatu kondukto []. Poteksi haus didesain bekeja cepat untuk mentanahkan gangguan aga dapat membatasi panas yang timbul akibat hubung singkat. batas ketahanan temal untuk tembaga dan aluminium adalah sebagai beikut: Tabel : Ketahanan Temal Tembaga dan Aluminium [] Tembaga Aluminium Batas tempeatu : 5 C Batas tempeatu : C x ( 35) x ( 5) J xt J xt Gamba 3 : Dampak Ageeing [1]

3 Saat tejadi gangguan hubung singkat, poteksi yang bekeja cepat dapat membatasi keusakan/dampak akibat temal, sehingga stess temal mempunyai pengauh yang kecil tehadap keusakan tansfomato akibat hubung singkat. b. Kemampuan Dinamis Saat tejadi gangguan hubung singkat, timbul aus though-fault. Jika tidak segea ditanahkan, aus ini akan mengali pada belitan tansfomato. Sesuai dengan hukum Loentz, jika mengali aus pada suatu belitan kondukto, akan timbul gaya sesuai dengan kaidah tangan kanan. Rumus hukum Loentz yang dialami oleh suatu muatan q dalam medan magnet B adalah sebagai beikut: qv x B...(1) Jika diteapkan pada suatu penghanta dengan panjang l yang dialii aus I, hukum Loentz dapat dituunkan menjadi: li x B...() Gamba 5 : luks Medan Magnet Saat Kondisi Hubung Singkat [4] Coe B LV HV B Gamba 6 : Gaya Aksial Akibat Medan Magnet Radial [] Gamba 4 : Kaidah Tangan Kanan [3] Sesuai hukum Loentz ini, aus though-fault yang mengali pada belitan akan menimbulkan gaya yang dialami belitan dengan aah begantung pada medan magnet B yang mempengauhinya, yaitu gaya aksial dan adial. Gaya-gaya inilah yang seing menimbulkan keusakan pada belitan tansfomato saat tejadi hubung singkat. 1. Gaya Aksial Gaya aksial beasal dai komponen adial medan magnet boco []. Untuk menghitung gaya aksial yang dialami belitan, pelu mengetahui panjang lintasan efektif (h eff ) dai flux adial, ata-ata densitas fluks adial B, dan vaiabel a yang meupakan panjang bagian yang menyebabkan ketidak-simetisan dinyatakan sebagai bagian dai panjang total belitan. Bagian ini dapat dianggap sebagai kelompok belitan yang mengalami hubung singkat pada belitan tansfomato [4]. Gamba 7 : Medan Magnet Radial dan Gaya Aksial [4]

4 Besa gaya aksial yang diasakan belitan saat tejadi aus though-fault sebesa i dapat dihitung dengan menggunakan umus sebagai beikut [4]: a ( ni) Dm Newton...(3) 1 h a 7 eff Dimana ni meupakan ampee-tuns dan Dm meupakan ata-ata diamete belitan. Peangkat penjepit inti dan belitan tansfomato sepeti clamping beam dan tie-oad haus didesain memiliki kekuatan cukup besa untuk mengantisipasi pegesean atau defomasi akibat gaya dinamis hubung singkat ini. []. Gaya Radial Gaya adial beasal dai komponen aksial medan magnet boco []. LV HV Coe Gamba 8 : Iisan Penampang Komponen Inti Tafo [4] Dimana n, i dan h meupakan aus, jumlah belitan dan panjang dai belitan tansfomato. Sebagai contoh suatu tansfomato 15/ kv pada sisi LV memiliki 95 belitan dengan diamete ata-ata belitan,8 m dan tinggi 1,3 m. Dengan menggunakan pesamaan (4) dapat dihitung gaya adial yang dialami belitan adalah sebagai beikut: (95. i), ,3 (95. i), ,3 3 3,488 x1 i Newton...(5) Telihat gaya adial meupakan fungsi kuadat dai aus i yang mengali melalui belitan LV tansfomato. Misalnya tejadi gangguan hubung singkat di penyulang kv, alat DR (Digital ault Recode) mencatat besa aus though-fault sebesa 1 ka. Dengan pesamaan di atas, dipeoleh gaya adial yang melewati belitan LV tansfomato sebesa: 3,488 x 1 3,488 x 1 3,488 x i (1.) 3,49 KN Coe LV HV Gamba 9 : Gaya Radial Akibat Medan Magnet Aksial [] Besa gaya adial yang tejadi pada belitan saat tejadi gangguan dengan aus though-fault i dapat dihitung dengan umus sebagai beikut [4]: ( ni) Dm Newton...(4) 1 h 7 Gamba 1 : IBT 5/15 kv GITET Cibatu [1] Gaya adial tesebut tejadi pada belitan LV yang dapat menyebabkan tejadi defomasi belitan taupun pegesean. Oleh kaena itu, belitan tansfomato haus punya kekuatan menahan gaya tesebut. Kekuatan taikan atau tekanan pada

5 kondukto haus lebih besa daipada gaya hubung singkat yang seing tejadi []. Keusakan yang seing dialami tansfomato akibat hubung singkat sepeti keusakan atau defomasi belitan bukan disebabkan oleh panas pada isolasi, tetapi kaena gaya mekanis/dinamis akibat mengalinya aus though-fault. Saat timbul gaya dinamis sebagai akibat dai gangguan hubung singkat yang tejadi, gaya aksial dan adial menyebabkan defomasi (peubahan bentuk) atau pegesean pada belitan sekunde (LV) maupun pime (HV). [1] IV. EVALUASI UMUR TRANSORMATOR TERKAIT DENGAN GANGGUAN HUBUNG SINGKAT Gangguan penyulang teutama gangguan hubung singkat dapat menyebabkan tejadinya gaya dinamis pada tansfomato akibat mengalinya aus thoughfault pada komponen inti dan belitan tansfomato. Gaya ini dapat menyebabkan defomasi pada belitan, sehingga meusak tansfomato. Oleh kaena itu, setiap gangguan penyulang yang tejadi dapat menguangi umu tansfomato atau ketahanan tafo. a. Analisis Dampak Besa Amplitudo Aus Gangguan Hubung Singkat akto-fakto gangguan hubung singkat yang mempengauhi umu tansfomato adalah: 1. ekuensi tejadinya gangguan ( ) Semakin seing tejadi gangguan, dapat semakin menguangi umu tansfomato. Amplitudo atau besanya aus gangguan (I) Semakin besa amplitudo aus gangguan, semakin menguangi ketahanan tansfomato. 3. Duasi gangguan (t) Semakin lama gangguan diasakan oleh tansfomato, semakin menguangi ketahanan tansfomato. Untuk mengetahui tingkat gangguan yang dialami oleh tansfomato, tedapat suatu paamete ISQT yang mengakumulasi I t dai gangguan-gangguan yang tejadi [1]. ISQT ( I t) x SCfault...(6) Dimana I,t dan SCfault adalah amplitudo aus, duasi, dan fekuensi gangguan yang tejadi. Selain itu, tedapat paamete K yang menunjukkan angka kemampuan tahan nomal suatu tansfomato [1]. K I b t...(7) Dimana I b adalah aus gangguan simetis dalam nomal base dan t adalah waktu gangguan yang ditetapkan selama detik [1]. Jika ISQT >,7 K, tansfomato beada dalam paamete waning [1], sehingga haus mendapatkan pehatian dan pemelihaaan yang lebih intens. Dai ketiga fakto diatas, yang paling menentukan umu tansfomato adalah amplitudo aus dan duasi gangguan yang dialami tansfomato [1]. b. Kemampuan Menahan Stess Kemampuan menahan stess pada suatu tansfomato akan menuun secaa gadual oleh degadasi yang disebabkan pemanasan belebih maupun penuaan (ageeing) yang tejadi pada isolasi. Stess yang diasakan tansfomato akan teus meningkat seiing dengan penambahan beban dan peningkatan gangguan hubung singkat yang tejadi di sistem maupun sumbe [1]. Gamba 11 : Kuva Kemampuan Menahan Stess Dalam Siklus Hidup Tansfomato [1]

6 Saat suatu aus though-fault mengali pada tafo, kemampuan menahan stess tansfomato akan bekuang cukup besa. Jika gangguan hubung singkat tejadi bebeapa kali, suatu saat tansfomato akan kehilangan kemampuan untuk menahan sess mekanis sehingga mengalami keusakan. sekunde, sehigga menjadi dasa metode umum untuk menentukan ating belitan tesie. Kapasitas tesie haus dapat mengatasi aus sikulasi maksimum yang mungkin tejadi akibat ketidakseimbangan sistem yang tebuuk [5]. Oleh kaena itu, kapasitas tesie suatu tansfomato sebaiknya sepetiga dai kapasitas total tansfomato. Gamba 13 : Konfiguasi Belitan Tansfomato Dengan Rasio 1:1:1 [5] Gamba 1 : Kuva Kemampuan Menahan Stess Saat Dialii Aus Though-ault [1] V. EVALUASI KAPASITAS TERSIER TRANSORMATOR Suatu tansfomato tiga fasa sebaiknya memiliki satu belitan yang bekonfiguasi delta sebagai lintasan beimpedansi endah untuk alian aus hamonisa ketiga. Belitan ini juga dapat dialii aus sikulasi jika tejadi ketidakseimbangan beban anta fasa, sehingga ketidakseimbangan ini dapat bekuang dan tidak telalu mengganggu sistem. Seingkali belitan delta tesebut diteapkan pada belitan tesie tansfomato [5]. Jika titik netal pada suatu belitan bekonfiguasi bintang (Y) tidak ditanahkan, ketiadaan belitan tesie delta dapat menyebabkan titik netal ini beosilasi naik tuun pada gelombang tegangan akibat komponen hamonisa ketiga. Kaena kegunaannya inilah belitan tesie delta ini juga disebut belitan stabilisasi [5]. Asumsi pebandingan asio belitan pime, sekunde dan tesie adalah 1:1:1, aus beban pada fasa pime tekait dengan beban satu fasa pada belitan sekunde pada konfiguasi belitan tansfomato YyD dapat dilihat pada gamba dibawah. Hal ini menyebabkan ating ampee-tuns pada belitan tesie sebesa sepetiga dai ating ampee-tuns belitan pime dan Desain belitan tesie haus cukup kuat secaa mekanis, mempunyai kapasitas panas yang mencukupi, dan mempunyai impedansi yang sesuai dengan belitan pime maupun sekunde aga dapat menahan efek hubung singkat yang tejadi pada belitan utama seta tidak menyebabkan voltage dop ketika tejadi ketidakseimbangan beban secaa bekelanjutan [5]. VI. IMPEDANSI HUBUNG SINGKAT TRANSORMATOR Impedansi hubung singkat tansfomato menentukan sebeapa besa tingkat hubung singkat yang dapat dialami oleh suatu tansfomato. Makin besa impedansi, makin kecil tingkat hubung singkatnya. Sebaliknya, makin kecil impedansi, makin besa tingkat hubung singkat yang dapat tejadi. Tabel 3 : Impedansi Hubung Singkat Untuk Tansfomato (Sumbe: IEC 676-5) Impedansi juga menentukan voltage dop yang tejadi di tansfomato. Makin besa impedansi, makin besa

7 pula voltage dopnya. Makin kecil impedansi, makin kecil pula voltage dopnya. Oleh kaena itu, pelu dicai titik optimum antaa tingkat hubung singkat dengan voltage dop untuk menentukan impedansi tansfomato. VII. KESIMPULAN DAN SARAN a. Kesimpulan 1. Keusakan tafo akibat atau besamaan dengan gangguan hubung singkat lebih banyak disebabkan oleh gaya mekanis (aspek dinamis) yang tejadi pada belitan tafo.. Aspek temal mempunyai pengauh yang kecil tehadap keusakan tafo besamaan dengan hubung singkat. b. Saan 1. Tingkat hubung singkat (shot cicuit available) Penambahan pembangkit dan GI-GI bau pada poyek 1. MW akan meningkatkan level hubung singkat pada sistem. Oleh kaena itu, saat penyusunan spesifikasi tansfomato, pelu dihitung dan dianalisis kembali level hubung singkat pada tansfomato.. ekuensi Gangguan Banyaknya gangguan hubung singkat yang tejadi pada sistem, baik dai sumbe maupun penyulang, membutuhkan pehatian khusus tekait dengan kekuatan tansfomato yang didesain di pabikan, sehingga pelu analisis kekuatan tansfomato dan peninjauan kembali gaya-gaya ikat belitan untuk mengatasi gaya aksial dan adial akibat aus Though-ault. Oleh kaena itu, setiap pembelian tansfomato haus dilakukan petemuan desain eview dengan pabikan. 3. Kapasitas Tesie Tansfomato Saat ini masih banyak kapasitas tesie tansfomato yang kuang dai sepetiga kapasitas total tansfomato. Untuk mencegah keusakan jika dilewati aus Though-ault dan mengatasi aus sikulasi maksimum yang dapat mengali jika tejadi ketidakseimbangan tebuuk, sebaiknya desain kapasitas tesie tansfomato sepetiga dai kapasitas total. DATAR PUSTAKA [1]. Wadhani, Ninil U.A. dan Hakim, Yanua, 5, Tansfome Lifetime Evaluation Based On Shot Cicuit aults, PLN Pesentation, Bandung. []. Widianto, Didik Susilo, Powe Tansfome Design Aspect, Jakata. [3]. [4]. de Azevedo, A.C., Delaiba, A.C., de Oliveia, J.C., Cavalho, B.C. and Bonzeado, H. De S., 7, Tansfome Mechanical Stess Caused by Extenal Shot-Cicuit: a Time Domain Appoach, Intenational Confeence on Powe Systems Tansients (IPST 7), Lyon, ance. [5]. Heathcote, Matin J., 1998, The J&P Tansfome Book, Newnes, Geat Bitain.