TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT LAPORAN TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH NIM : / Teknik Tenaga Elektrik (A) PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

2 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 : / Teknik Tenaga Elektrik (A) PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

3 TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT Oleh: MUHAMMAD FAUZY ABDULLAH NIM : / 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

4 ABSTRAK TEKNIK PROTEKSI DIFFERENSIAL DIJITAL PADA TRANSFORMATOR DAYA TIGA FASA DENGAN MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT Oleh Muhammad Fauzy Abdullah NIM : 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

5 ABSTRACT DIGITAL DIFFERENTIAL PROTECTION TECHNIQUE OF THREE PHASE POWER TRANSFORMER USING HILBERT TRANSFORM By Muhammad Fauzy Abdullah NIM : 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

6 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

7 DAFTAR ISI Halaman ABSTRACT. ABSTRAK KATA PENGANTAR.. DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR i ii iii iv vi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tinjauan Pustaka Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Pembahasan.. 6 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik Sistem Proteksi Tenaga Listrik Proteksi Diferensial Pada Transformator Daya Metode Proteksi Diferensial Transformator Daya Dan Permasalahannya BAB III PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA MENGGUNAKAN TRANSFORMASI HILBERT 3.1 Pengenalan Metoda Proteksi Transformator Daya Menggunakan transformasi Hilbert. 18 iv

8 3.2 Dasar Teori Transformasi Hilbert dan Implementasi Prinsip Kerja Metode yang Diajukan Pemodelan Sistem Tenaga Listrik Pemodelan Sistem dengan Saturasi Trafo Arus Algoritma Metode yang Diajukan BAB IV HASIL DAN ANALISIS PENGGUNAAN TRANSFORMASI HILBERT UNTUK PROTEKSI TRANSFORMATOR DAYA 4.1 Pemodelan Sistem dalam Simulasi Implementasi dan Analisis dalam Rangkaian Simulasi Gangguan Hubung Singkat dengan Perubahan Resistansi Gangguan Gangguan Hubung Singkat dengan Perubahan Hubungan Belitan pada Transformator Daya Pengaruh dari Tap Changer Transformator Daya Magnetizing Inrush current Arti dari Penggolongan Gangguan pada Transformator Daya dan Kecepatan respon Rele Analisis Rangkaian Logika dari Metode yang diajukan BAB V KESIMPULAN Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN v

9 DAFTAR GAMBAR Gbr 2.1 Skema Proteksi Diferensial Menggunakan Relai Diferensial Gbr 2.2 Skema Proteksi Diferensial 3 Fasa Gbr 3.1 Diagram Blok dari Transformasi Hilbert Gbr 3.2 Pemodelan Simulasi Gangguan Sistem Gbr 3.3 Pemodelan Simulasi dan Parameter Sistem Gbr 3.4 Pemodelan Simulasi Saturasi Trafo Arus Gbr 3.5 Kurva B versus H dari Pemodelan Saturasi Trafo Arus Gbr 3.6 Flowchart Metode yang Diajukan 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 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 Gbr 4.8 Hasil Uji Coba Gangguan Luar 1 Fasa ke Tanah 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 vi