Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI TRANSFORMATOR TENAGA PLTGU TAMBAK LOROK

Transkripsi

1 Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI TRANSFORMATOR TENAGA PLTGU TAMBAK LOROK Muhammad Arief N ( ) 1, Mochammad Facta, ST. MT. PhD ( ) 2. 1 Mahasiswa dan 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Telp (024) Fax. (024) boncelarip@gmail.com ABSTRAK Tenaga listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini, oleh karenanya tenaga listrik harus tersediaa secara ekonomis dengan mempertahankan mutu baik tegangan maupun frekuensi dan keandalan untuk menjaga kelangsungan tenaga listrik diperlukan sistem proteksi yang sesuai dengan kebutuhan, fungsi proteksi adalah untuk melokalisir gangguan jadi hanya daerah yang terganggu saja yang dibebaskan dari rangkaian tenaga listrik dan juga harus mempertimbangkan tingkat keamanan terhadap peralatan, stabilitas tenaga listrik dan juga keamanan terhadap manusia. Transformator tenaga merupakan bagian penting dari PLTGU Tambak Lorok karena itu transformator tenaga diharapkan mampu beroperasi secara maksimal. Di dalam tranformator tenaga terdapat peralatan proteksi yang digunakan untuk mendeteksi adanya gangguan pada transformator. Pada transformator tenaga terdapat rele mekanik dan rele elektris sebagai pengamannya. Setting rele proteksi yang tepat sangat penting jika saat terjadi gangguan rele dapat bekerja untuk menghilangkan gangguan. Kata kunci : Sistem pengamanan elektris, tranformator tenaga, rele elektris, rele mekanis. I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada perkembangan teknologi di masa sekarang, kebutuhan manusia akan penggunaan energi listrik yang semakin meningkat. Hal ini akan meningkatkan kemampuan dari PLN untuk mensuplai energi listrik untuk memenuhu kebutuhan konsumen. Dari hal tersebut PLN harus mampu memanfaatkan energi listrik seoptimal mungkin supaya dapat mendapatkan energi yang ada dengan kualitas penyaluran serat keandalan dari peralatan yang tersedia, hal ini diperlukan suatu sistem operasi dan pemeriksaan yang sesuai dengan standart sistem pemeliharaan yang baik. Mengingat bidang pemeliharaan yang diperlukan. Dalam hal ini peralatan utama yang ada di PT. Indonesia Power UP Semarang adalah tranformator. Seluruh peralatan yang ada di PT Indonesia Power harus memiliki sistem proteksi guna mengamnakan peralatan dan operator jika terjadi gangguan. 1.2 Maksud dan Tujuan Hal-hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja praktek ini adalah : 1. Mengetahui sistem proteksi tranformator tenaga 2. Mempelajarai rele-rele yang terdapat pada tranformator tenaga

2 3. Mengatahui setting rele proteksi pada tranformator tenaga 1.3 Pembatasan Masalah Untuk menghindari meluasnya permasalahan dalam penyusunan dan penulisan laporan kerja praktek (KP) ini, makan penulis hanya dapat membahas masalah mengani sistem proteksi transformator tenaga yang berada di PLTGU Tambak Lorok. II. DASAR TEORI 2.1 Trafo Tenaga Secara Umum Prinsip kerja dari tranformator adalah berdasarkan teori Michael Faraday yang dikenal dengan teori induksi magnet. Tranformator memiliki dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain dan dibelitkan pada inti yang sama, ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinakamakan induksi bolak-balik. Gambar 1 Rangkaian Ekuivalen tranformator Keterangan : I P I S N P N S E p E S : Arus Primer : Arus Sekunder : Belitan Primer : Belitan Sekunder : Tegangan Induksi Primer :TeganganInduksi Sekunder Bagian-Bagian Trafo Tenaga a) Inti Besi Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. dibuat dari lempengan-lempengan besi tipis yang berfungsi untuk mengurangi panasa yang ditimbulkan oleh arus eddy. b) Kumparan Tranformator Umumnya pada trafo terdapat kumparan primer dan sekunder. Bila kumparan primer dihubungkan dengan tegangan/ arus bolak-balik maka pada kumparan tersebut timbul fluksi. Fluksi ini akan menginduksi tegangan, dan bila pada rangkaian sekunder ditutup (bila ada rangkaian beban) maka akan menghasilkan arus pada kumparan ini. c) Minyak Trafo Minyak tranformator disini berfungsi sebagai pengisolasi (isolator) dan pendingin. d) Bushing Hubungan antara tranformator ke jaringan luar melalui sebuah bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh isolator. V P V S : Tegangan primer : Tegangan sekunder e) Tangki Konservator

3 Pada umumnya bagian-bagian tranformator yang terendam minyak trafo ditempatkan di dala tangki. Untuk menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan konservator Peralatan Bantu Trafo Tenaga a) Pendingin Untuk mengurangi kenaikan suhu tranformator yang berlebihan, maka perlu dilengkapi dengan alat. Media yang digunakan pada sistem pendingin dapat berupa : udara/gas, minyak dan trafo. b) Tap Changer Tap changer adalah alat perubah perbandingan transformasi untuk mendapatkan tegangan operasi sekunder yang diinginkan dari jaringan tegangan primer yang berubah-ubah. c) Alat Pernafasan Udara luar yang lembab akan menurunkan nilai tegangan tembus minyak transformator, maka untuk mencegah hal tersebut pada ujung pipa penghubung udara luar dilengkapai dengan alat pernafasan berupa tabung berisi kristas zat hygroskopis. d) Indikator Untuk mengawasi selama transformator beroperasi, maka perlu adanya indikator pada transformator sebagai berikut : Indikator suhu minyak Indikator permukaan minyak Indikator suhu winding Indikator kedudukan tap Peralatan Proteksi Trafo Daya 1. Relay Bucholz Relay bucholz adalah rele untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam trafo yang menimbulkan gas. 2. Pengaman tekanan lebih Berfungsi sebagai pengaman tangki trafo terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di dalam tangki yang akan pecah pada tekanan tertentu. 3. Rele diferensial Berfungsi mengamankan trafo dari gangguan di dalam trafo antara lain flashover. 4. Rele arus lebih Berfungsi mengamnakan trafo arus yang melebihi dari arus yang diperkenankan lewat dari trafo tersebut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat. 5. Rele thermis Berfungsi untuk mencegah / mengamankan trafo dari kerusakan isolasi kumparan, akibat adanya panas lebih yang ditimbulkan oleh arus lebih. Besaran yang diukur di dalam rele ini adalah kenaikan temperatur. 6. Lighting Arrester Linghting arrester adalah alat proteksi bagi peralatan listrik terhadap tegangan lebih, yang disebebakan oleh petir atau surja hubung.

4 III. Sistem Proteksi Tranformator Tenaga 3.1 Sistem Proteksi Secara Umum Rele pengaman atau sistem proteksi yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan. Jika bahaya muncul maka rele akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka PMT. Tujuan daripada proteksi atau pengaman pada sistem tenaga listrik adalah : 1. Menghindari atau mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat adanya gangguan 2. Untuk melokalisir atau memisahkan bagian sistem tenaga listrik yangterganggu ke dalam wilayah yang sekecil mungkin 3. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. tegangan pada trafo dari gangguan internal maupun eksternal. Pada transformator sendiri terdapat 2 jenis rele, yakni rele mekanik dan juga rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki fungsi masing-masing Rele Mekanik 1. Rele Bucholz Rele bucholz merupakan sistem proteksi yang khas untuk transformator khususnya transformator minyak. Rele bucholz adalah alat untuk mendeteksi dan mengamankan terhadap gangguan di dalam transformator yang menimbulkan gas. Gas yang timbul diakibatkan oleh : a. Hubung singkat antar lilitan pada/dalam fasa b. Hubung singkat antar fasa c. Hubung singkat antar fasa ke tanah d. Busur api listrik antar laminasi e. Busur api listrik karena kontak yang kurang baik. Syarat terpenting dari sistem proteksi adalah : a. Sensitivity b. Realibility c. Selektif d. Cepat e. Ekonomis 3.2 Sistem Proteksi Tranformator Tenaga Tranformator tenaga adalah alat untuk mengkonversi nilai tegangan dan arus listrik ke nilai tegangan dan arus listrik yang berbeda secara magnetik. Seperti halnya perlatan listrik lainnya pada tranformator diperlukan peralatan pengamanan yang dapat membebaskan Gambar 2 Ilustrasi rele bucholz Bejana A merupakan tangki trafo yang terisi penuh dengan minyak. Wadah B adalah rele bucholz yang juga terisi penuh dengan minyak. Sedangkan tempat C adalah tangki konservator yang hanya sebagian berisi minyak. Pada rele bucholz terdapat apitan D yang memiliki dua kontak yang berhubungan dengan suatu tanda bahaya berupa lampu atau tanda lain seperti alarm. Apitan F juga memiliki dua

5 kontak yang berhubungan dengan saklar daya. Selanjutnya terdapat didalam berjana bucholz dua buah pelampung yaitu E dan G. Bila misalnya terdapat suatu kerusakan atau gangguan di dalam tranformator dan terjadi pembentukan sejumlah gas, maka gas ini akan naik dan berkumpul di dalam tempat B di sebelah atas. Bila jumlah gas yang terkumpul cukup banyak, pelampung E akan turun dan menutup kontak D. Karenanya, lampu tanda bahaya akan menyala dan dketahui bahwa terjadi suatu gangguan didalam transformator. Sinyal dengan kontak D ini biasanya disebabkan kerusakan yang kecil. Bila kerusakan di dalam tranformator cenderung besar dan serius maka pembentukan gas akan terjadi sangat besar dan kecepatan yang tinggi. Dalam gerakannya itu pelampung G akan bergerak ke arah kanan dan menutup kontak F. Hal ini menyebabkan bahwa saklar daya tranformator akan membuka. misalnya terjadi gangguan pada sadapan. H2,C2H4 dan C2H2 Menunjukkan adanya pemanasan pada sambungan inti. H2,C2H, CO2 dan C3H4 Menunjukkan adanya pemanasan setempat pada lilitan inti. 2. Rele Sudden Pressure Suatu flash over atau hubung singkat yang timbul pada suatu transformator terendam minyak, umumnya akan berkaitan dengan tekanan lebih didalam tangki, karena gas yang dibentuk oleh penguapan minyak. Dengan melengkapi sebuah pelepasan tekanan pada trafo maka tekanan lebih di dalam tangki trafo dapat dibatasi besarnya. Apabila tekanan lebih ini tidak dapat dieleminasi dalam waktu beberapa milidetik, tangki trafo akan meledak dan terjadi panas lebih pada cairan. Ketika terjadi kenaikan tekanan udara akibat terjadinya gangguan di dalam trafo maka katup rele ini akan tertekan oleh pegas yang terpasang didalamnya dan akan membuka serta membuang tekanan keluar bersama-sama dengan sebagian minyak. Gambar 3 Rele Bucholz Analisa gas terkumpul di dalam rele bucholz : H2 dan C2H2 Menunjukkan adanya busur api pada minyak antara bagianbagian komstruksi. H2, C2H2 dan CH4 Menunjukkan adanya busur api sehingga isolasi phenol terurai, Gambar 4 Rele Sudden Pressure

6 Membran ini hanya sekali pakai sehingga bila pecah harus diganti. Pada katup relief disediakan saklar alarm yang berfungsi sebagai signal untuk local atau indikasi jarak jauh apabila katup tersebut bekerja. Rele sudden pressure ini akan bekerja jika terdapat tekanan yang mendadak sebesar 5-7 Psi. 3. Rele Suhu Rele temperature adalah alat pengindikasi kumparan dan minyak yang digunakan untuk mendeteksi dan mengindikasi temperature maksimum minyak dalam transformator. Selain mendeteksi dan mengindikasi alat ini juga melakukan operasi pengamanan sperti alarming dan shut-off seperti yang dilakukan oleh kontrol otomatis pada pendingin tansformator. Gambar 6 Setting rele suhu Setting rele suhu ini ada 2 macam yaitu setting alarm dan setting tripping PMT. Nilai setting rele suhu yang digunakan pada transformator tenaga di PLTGU Tambak Lorok. Untuk setting yang pertama merupakan setting rele untuk memberikan perintah alarm bernilai 85⁰ C dan untuk setting yang kedua merupakan setting untuk memberikan perintah trip PMT bernilai 90⁰ C. Gambar 5 Prinsip kerja rele suhu Rele suhu mempunyai prinsip kerja besaran panas yang diterima sensor temperature siubah menjadi gerakan mekanis untuk menggerakkan suatu poros yang mempunyai jarum penunjuk suhu dan beberapa kontak. Kontakkontak ini. Bekerja bertahap sesuai kenaikan suhu. Tahap pertama akan menjalankan sistem pendingin, tahap kedua memberikan alarm dan tahap terakhir memberikan perintah trip ke pemutus tenaga Rele Elektris 1. Rele Differensial Rele ini berfungsi mengamankan transformator dari gangguan di dalam transformator antara lain flash over antara kumparan dengan kumparan atau kumparan dengan tangki atau belitan dengan belitan di dalam kumparan ataupun bea kumparan. Rele differensial memiliki sifat antara lain : a. Sangat efektif dan cepat b. Sebagai pengaman utama c. Tidak dapat sebagai pengaman cadangan untuk daerah berikutnya.

7 d. Daerah pengamannya dibatasi oleh pasangan transformator arus dimana relai differensial dipasang. Adapun prinsip kerja kerja dari sistem pengaman differensial ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 8 Rele differensial Gambar 7 Rangkaian sistem pengaman differensial Pada transformator tenaga di PLTGU Tambak Lorok digunakan rele differensial bertipe MBCH. Differensial rele dengan tipe MBCH ini bekerja dengan rating arus 5 A dan frekuensi 50 Hz. Rele ini memiliki rating supply 110/125 VDC. Pada keadaan bekerja rele differensial (R) membandingkan vector arus I1 dan I2 atau i1 dan i2. Dalam hal ini untuk menjaga agar sistem pengaman ini bekerja secara efektif, yang perlu diperhatikan adalah rasio perbandingan CT1 dan CT2 harus sama sehingga i1 = i2, serta sambungan dan polaritas CT1 dan CT2 harus benar. Jika daerah yang diamankan dalam keadaan normal maka besar I1=I2 dan i1=i2, sehingga arus yang mengalir melewati rele adalah ir=i1-i2=0 Karena tidak ada arus yang mengalir lewat rele (ir=0), maka rele tidak akan bekerja. Pada saat terjadi gangguan maka ir=i1-i2 0 sehingga ada arus yang melewati rele ini. Dengan cepat rele akan memberikan perintah untuk membuka PMT sehingga trafo bisa terbebas dari gangguan. Setting relaynya sebagai berikut : Gambar 9 Setting rele differensial Is= x In Is=0,2 x 5 Is=1 A Jadi setting arus yang digunakan pada rele differensial adalah sebesar 1 A. Sehingga besar nilai arus yang digunakan CT primer dan CT sekunder adalah sama sebesar 1 A. Ketika terjadi gangguan pada transformator akan membuat nilai CT primer tidak sama dengan CT sekunder.

8 Hal ini yang menyebabkan rele differensial bekerja. 2. Rele Arus Lebih Rele arus lebih atau yang lebih dikenal sebagai OCR (Over Current Relay) merupakan peralatan yang mensinyalir adanya arus lebih, baik yang disebabkan oleh adanya gangguan hubung singkat atau overload yang dapat merusak peralatan sistem tenaga yang berada dalam berada wilayah proteksinya. Rele arus lebih ini digunakan hampir pada sekuruh pola pengaman sistem tenaga listrik, lebih lanjut relay ini dapat digunakan sebagai pengaman utama ataupun pengaman cadangan. Pada Generator Transformator (GT), OCR hanya berfungsi sebagai pengaman cadangan (back up protection) untuk gangguan eksternal. Selanjutnya OCR dapat menjatuhkan PMT pada sisi dimana rele terpasang atau dapat menjatuhkan PMT di kedua sisi Generator transformer. OCR jenis definite time ataupun inverse time dapat dipakai untuk proteksi transformator terhadap arus lebih. Penyetelan relay OCR pada sisi primer dan sisi sekunder Generator Transfomator terlebih dahulu harus dihitung arus nominal Generator Transformer. Gambar 10 Bentuk fisik rele arus lebih Rele tipe MCGG 62 merupakan Rele OCR yang mampu bekerja secara definite maupun inverse. Rele ini bekerja secara definite dimana jika arus gangguan telah melebihi arus settingnya berapapun besar arus gangguan relay akan bekerja dengan waktu tetap. Pada rele MCGG 62 ini digunakan rasio CT 800:5 dan setting relenya merupakan definite dengan waktu tunda 4 detik. Setting rele OCR Definite 4s Is= x In Is=0,1 x 5 Is=0,5 A Jadi arus setting yang digunakan pada rele OCR MCGG 62 adalah 0,5 A. Nilai arus ini merupakan kondisi arus yang berada pada sekunder CT, sehingga ketika arus yang mengalir pada sekunder CT lebih dari 0,5 A rele OCR akan bekerja. 4. Penutup 4.1 Kesimpulan 1. Transformator terdiri dari : bagian utama, peralatan bantu, peralatan proteksi, peralatan tambahan untuk pengaman transformator. 2. Sistem proteksi transformator merupakan suatu sistem yang terdapat beberapa rele proteksi yang saling berkoordinasi untuk melindungi trasnfomator dari gangguan. 3. Rele proteksi utama yang digunakan pada transformator tenaga PLTGU Tambak Lorok, Semarang antara lain : 1. Rele mekanik a. Rele Bucholz b. Rele Sudden Pressure c. Rele Suhu

9 4.2 Saran 2. Rele Elektrik a. Rele Differensial b. Rele Arus Lebih 1. Dalam melaksanakan pemeliharaan transfmator diharapkan mengikuti prosedur dan memperhatikan K3 (Keselamatan dan Kesehatan Kerja). 2. Perawatan terhadap alat-alat proses produksi tenaga listrik sudah baik, harus dipertahankan dan ditingkatkan. 3. Diadakan penyuluhan-penyuluhan tentang tenaga listrik dan pemakaian energi istrik yang bijak kepada seluruh masyarakat Kota Semarang dan sekitarnya. BIODATA PENULIS Muhammad Arief N ( ) Penulis lahir di Semarang 03 Oktober Menempuh jalur pendidikan dasar di SD Siliwangi 02 Semarang, SMP N 1 Semarang, SMA N 5 Semarang dan saat ini sedang menjalani pendidikan S1 di Teknik Elektro Uniersitas Diponegoro Semarang Konsentrasi Teknik Energi Listrik. Semarang, Juli 2015 Mengetahui DAFTAR PUSTAKA [1.] Pemeliharaan Trafo [2.] Transformator [3.] Kadir, Abdul Transformator.Jakarta:Universitas Indonesia,Jakarta. [4.] Rao, Sunil. Switchgear Protection and Power System Dosen Pembimbing Mochammad Facta, ST.MT.PhD NIP