Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR TENAGA GAS TURBINE GENERATOR 1.1 PLTGU TAMBAK LOROK

Transkripsi

1 Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM PROTEKSI PADA TRANSFORMATOR TENAGA GAS TURBINE GENERATOR 1.1 PLTGU TAMBAK LOROK Mahasiswa dan Dionisius Vidi N., Karnoto, ST, MT. Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang dionisiusvidi@yahoo.com ABSTRAK Tenaga listrik merupakan salah satu kebutuhan pokok saat ini, oleh karenanya tenaga listrik harus tersedia secara ekonomis dengan memperhatikan mutu baik tegangan maupun frekwensi 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 Sistem pengamanan elektris atau rele adalah suatu susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan.. Jika bahaya itu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Transformator tenaga merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang wajib memiliki sistem proteksi. Mengingat begitu pentingnya tugas dari peralatan itu sendiri juga karena trafo merupakan salah satu peralatan tenaga listrik yang sangat mahal. Pada transformator tenaga terdapat rele mekanik dan juga rele elektris sebagai pengamannya. Diharapkan dengan adanya sistem proteksi ini gangguan yang terjadi disekitar transformator tenaga dapat diminimalisir. Kata kunci : Sistem Pengamanan Elektris, Transformator Tenaga, Rele Elektris, Rele Mekanis 1. Pendahuluan 1.1 Latar belakang Dalam era modern sekarang ini, kebutuhan akan tersedianya energi listrik yang kontinyu sangat diharapkan. Demi kelangsungan tersedianya energi listrik yang cukup diperlukan suatu sistem pengaman yang baik. PT. Indonesia Power UBP Semarang adalah salah satu perusahaan yang bergerak dalam bidang pembangkitan energi listrik. Terdapat 3 Unit PLTU dan 2 blok PLTGU di Semarang. Dalam perkembangannya PT. Indonesia Power UBP Semarang terus melakukan upaya untuk membangun lingkungan kerja yang sehat dan aman demi kelancaran proses produksi yang secara tidak langsung dapat menjaga kontinuitas pembangkitan energi listrik. 1

2 Komponen utama dari sebuah pembangkit adalah turbin, generator, dan trafo. Untuk menjaga komponenkomponen tersebut serta menjaga kontinuitas pelayanan suplai tenaga listrik wajib digunakan sistem pengaman yang tepat, cepat dan efektif. Karena apabila terjadi gangguan pada salah satu komponen pembangkit tersebut dan menyebabkan kerusakan, maka akan memakan biaya yang tinggi dan waktu yang lama untuk memperbaikinya. 1.2 Tujuan Pembuatan laporan kerja praktek ini bertujuan untuk mencari informasi yang berkaitan dengan sistem proteksi transformator tenaga. 1.3 Batasan masalah Dalam penulisan laporan kerja praktek ini, penulis membahas mengenai sistem proteksi transformator tenaga pada unit GTG 1.1 PLTGU Tambak Lorok Semarang. Juga tidak dibahas mengenai penyettingan rele. a. Bagian utama : 1. Inti Besi 2. Kumparan Transformator 3. Minyak transformator 4. Bushing 5. Tangki konservator b. Peralatan Bantu : 1. Pendingin 2. Tap changer 3. Alat Pernapasan 4. Indikator-indikator c. Peralatan Proteksi 1. Rele bucholtz 2. Rele sudden pressure 3. Rele thermis 4. Rele differensial 5. Rele over current 6. Rele hubung tanah d. Peralatan Tambahan 1. Pemadam kebakaran 2. Arrester Laporan ini membahas beberapa relai proteksi yang digunakan pada Transformator Tenaga dengan merek Meiden, dari pabrikan Meidensha Corporation. Transformator ini merupakan pabrikan dari Jepang. Dengan frekuensi kerja 50Hz untuk sistem 3 fasa. 2. Dasar Teori 2.1 Teori Trafo Transformator tenaga adalah suatu peralatan tenaga listrik yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga/daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya. Dalam operasi penyaluran tenaga listrik transformator dapat dikatakan sebagai jantung dari transmisi dan distribusi. Dalam kondisi ini suatu transformator diharapkan dapat beroperasi secara maksimal (kalau bisa terus menerus tanpa berhenti). Untuk mendukung kinerja dari Transformator dibutuhkan sistem pengamanan yang dapat menjamin keandalan dari fungsi transformator ini Bagian-bagian dari transformator adalah sebagai berikut : Gambar 1 Transformator Tenaga 3. Sistem Proteksi 3.1 Sistem Proteksi secara umum Rele pengaman atau sistem proteksi adalah susunan piranti, baik elektronik, magnetic maupun mekanik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan. Jika bahaya itu muncul maka rele pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk 2

3 membuka pemutus tenaga ( circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Tujuan daripada proteksi atau pengaman pada sistem tenaga listrik adalah : 1. Menghindari atau mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat terjadinya gangguan (kondisi yang tidak normal) 2. Untuk melokalisir atau memisahkan bagian sistem tenaga listrik yang terganggu ke dalam wilayah yang sekecil mungkin. 3. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan yang tinggi dan mutu listrik yang baik. 4. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. Syarat terpenting dari sistem proteksi adalah : a. Sensitivity b. Realibility c. Selektif d. Cepat e. Ekonomis 3.2 Sistem Proteksi Transformator Tenaga Transformator tenaga adalah alat untuk mengkonversi nilai tegangan dan arus listrik ke nilai tegangan dan arus listik yang berbeda secara magnetik. Seperti halnya perlatan listrik yang lain pada transformator diperlukan peralatan pengaman yang dapat membebaskan tegangan pada trafo dari gangguan internal maupun ekstrenal. Tujuan pengamanan trafo adalah : 1. Menghindari kerusakan pada trafo bila terjadi kegagalan alat pengaman jaringan beban trafo saat terjadi gangguan hubung singkat. 2. Menghindari atau menekan sekecil mungkin kerusakan trafo akibat gangguan. 3. Menjaga stabilitas atau kontinuitas penyaluran tenaga listrik. Pada transformator sendiri terdapat 2 jenis rele, yakni rele mekanik dan juga rele elektris. Setiap rele tersebut memiliki fungsinya masing-masing Rele Mekanik 1. Rele Bucholtz Relai bucholtz merupakan sistem proteksi yang khas untuk transformator, khususnya transformator minyak. Relai bucholtz 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 Pada dasarnya relai bucholtz terdiri atas dua saklar yang berada dalam suau ruang yang dipasang antara bejana transformator dan bejana ekspansi. Kedua saklar akan bekerja jika digerakkan dan berada dalam posisi datar. Gambar 2 Prinsip Kerja Relai Bucholtz Jika terjadi gangguan kecil di dalam transformator, mengakibatkan terbentuknya sejumlah gas di dalam minyak. Pembentukan gas ini terjadi secara perlahan lahan dan gas tersebut akan keluar pada titik C memasuki ruang bucholz. Gas tersebut akan terperangkap dan terkumpul disebelah atas. Jika gas 3

4 yang terkumpul cukup banyak maka akan mengakibatkan bekerjanya saklar E yang kemudian membunyikan alarm. Jika gangguan yang terjadi besar, pembentukan gas akan terjadi sangat cepat, bahkan secara eksplosif. Oleh sebab itu, gas-gas tersebut akan mengalir sangat cepat melalui ruang bucholtz yang mengakibatkan bekerjanya saklar G dan kemudian member perintah trip ke PMT. Gambar 3 Relai Bucholtz 2. Relai Tekanan Lebih (Sudden Pressure Relay) Suatu flash over atau hubung singkat yang timbul pada suatu transformator terendam minyak, umumnya akan berkaitan dengan suatu tekanan lebih didalam tangki, karena gas yang dibentuk oleh penguapan 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 milidetik, tangki trafo akan meledak dan terjadi panas lebih pada cairan. Ketika terjadi kenaikan tekanan udara akibat terjadinya gangguan di dalam trafo maka katup relai ini akan tertekan oleh pegas yang terpasang didalamnya dan akan membuka serta membuang tekanan keluar bersama-sama dengan sebagian minyak. Gambar 4 Sudden Pressure Relay Keterangan : 1. Relay body 2. Equalizer 3. Metal bellows 4. Manual relief valve 5. Microswitch 6. Connection terminals 7. Terminal box Alat pengaman tekanan lebih ini berupa membran yang terbuat dari kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas yang akan pecah pada tekanan tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari kekuatan tangki transformator. Membran ini hanya sekali pakai sehingga bila pecah harus diganti. Pada Katup relief disediakan saklar alarm yang berfungsi sebagai signal untuk lokal atau indikasi jarak jauh apabila katup tersebut bekerja. Gambar 5 Bentuk fisik Sudden Pressure Relay 3. Relai Thermis Relai temperature adalah alat pengindikasi temperature kumparan dan minyak yang digunakan untuk mendeteksi dan mengindikasi temperature maksimum 4

5 minyak dalam transformator. Selain mendeteksi dan mengindikasi alat ini juga melakukan operasi pengamanan seperti alarming dan shut-off seperti yang dilakukan oleh kontrol otomatis pada pendingin transformator. Elemen pemanas temperaturnya dipasang pada bagian utama transformator dan indikatornya (termasuk kontak) dipasang di tempat yang mudah dilihat. Salah satu keistimewaan yang dimiliki relai ini adalah bahwa relai ini dilengkapi dengan mekanisme kontrol yang memungkinkan melakukan penyetelan temperature untuk alarm, shut-off, dan kontrol otomatis pada alat pendingin dengan mudah. ataupun beda kumparan. Relai differensial memiliki sifat antara lain : a. Sangat selektif dan cepat. b. Sebagai pengaman utama. c. Tidak dapat sebagai pengaman cadangan untuk daerah berikutnya. d. Daerah pengamanannya dibatasi oleh pasangan transformator arus dimana relai differensial dipasang. Adapun prinsip kerja dari sistem pengaman differensial ditunjukkan pada gambar berikut : Gambar 6 prinsip kerja relai thermis Besaran panas yang diterima sensor temperatur diubah menjadi gerakan mekanis untuk menggerakkan suatu poros yang mempunyai jarum penunjuk suhu dan beberapa anak kontak. Anak-anak kontak ini bekerja bertahap sesuai kenaikan suhu. Tahap pertama akan menjalankan sistem pendingin, tahap kedua akan memberikan alarm dan tahap terakhir memberikan perintah pemutus tenaga. trip ke Rele Elektris 1. Rele Diferensial Relai 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 Gambar 7 Rangkaian sistem relai differensial Pada keadaan bekerja relai differensial (d) membandingkan vektor arus I 1 dan I 2 atau i 1 dan i2. 2 Dalam hal ini untuk menjaga agar sistem pengamanan ini bekerja secara efektif, yang perlu diperhatikan adalah rasio perbandingan CT 1 dan CT 2 harus sama, sehingga i 1 = i 2, serta sambungan dan polaritas CT 1 dan CT 2 harus benar. Jika daerah yang diamankan dalam keadaan normal maka besa I 1 = I 2 dan i 1 = i 2, sehingga arus yang mengalir lewat relai adalah : i d = i 1 - i 2 = 0 Namun jika terjadi gangguan maka i d = i 1 i 2 0 sehingga ada arus yang mengalir melalui rele ini. Dengan cepat relai akan memberikan perintah untuk membuka PMT sehingga trafo bisa terbebas dari gangguan. Rele differensial merupakan pengaman utama dan tidak memberikan pengaman cadangan pada sesi yang berdekatan. 5

6 Pada transformator tenaga di GTG 1.1 PLTGU Tambak Lorok digunakan rele differensial bertipe STD16C. Differential relay dengan type STD ini bekerja dengan rating arus 5 ampere dan frekuensi 50 Hz. Rele ini memiliki rating supply 48/125/250 VDC. Target coil bekerja pada saat 0.6 / 2.0 ampere. Target coil berfungsi sebagai indikator status sistem rele. Tolerensi perbedaan arus pada rele ini bisa diseting dari 15%-25%-40%. Gambar 8 Bentuk fisik rele differensial 2. Rele Arus Lebih Berfungsi mengamankan trafo jika arus yang mengalir melebihi dari nilai yang diperkenankan lewat pada transformator tersebut dan arus lebih ini dapat terjadi oleh karena beban lebih atau gangguan hubung singkat. Arus lebih ini dideteksi oleh transformator arus atau current transformator (CT). Relai arus lebih yang digunakan adalah Time Overcurrent Relay type IFC53B Aplikasi Relay ini akan bekerja dengan waktu tunda yang tergantung dari besarnya arus secara terbalik (inverse time), makin besar arus makin kecil waktu tundanya. Relay tipe IFC53B merupakan jenis Very Inverse Time. Rele ini bekerja bedasarkan besarnya sisa fault current yang relatif sesuai dengan kapasitas transformator. Besarnya fault current yang melalui rele ini bergantung pada lokasi fault yang mengenai rele tersebut. Rele dengan tipe IFC ini dapat bekerja pada frekuensi 50 maupun 60 Hz. Rele ini dilengkapi dengan 13 tap yang bisa diatur sesuai dengan spesifikasi transformator. apabila seting tap switch kurang dari 6 ampere maka rele ini bersifat very invers. Dengan time delay 1,29-1,33ms. Gambar 9 bentuk fisik rele arus lebih Koordinasi Sistem Proteksi Setelah tadi dibahas mengenai jenis jenis relai proteksi untuk transformator tenaga, kali ini akan ditambahkan dengan koordinasi sistem proteksi untuk transformator tenaga. sehingga didapat sebuah sistem proteksi yang handal untuk menghindarkan transformator dari kerusakan saat terjadi gangguan, baik gangguan dari luar ataupun dari dalam transformator itu sendiri. 6

7 kerusakan yang terjadi dapat diminimalisir. Gambar 10 Single Line Diagram Gambar diatas merupakan single line diagram dari sistem kelistrikan mulai dari generator hingga pada unit auxillary transformator. Terlihat keluaran dari generator menjadi input untuk transformator tenaga. Pada transformator tenaga ini, tegangan 11kV dinaikkan menjadi 150kV untuk disalurkan ke jaringan transmisi. Diantara input dan output transformator terdapat Current Transfomers (Trafo arus) yang berfungsi mengukur dan membandingkan arus input dan output. Apabila rasio atau perbandingan arus input dan output tidak sesuai maka aka ada arus yang melalui relai 87T dan sistem proteksi akan bekerja. Relai 87T akan bekerja dan mengaktifkan relai 86T. 87T adalah transfomator differential relays dan 86T adalah transfomator differential lockout relays. Selain mengaktifkan 86T, relai 87T juga akan mengaktifkan 86G yakni generator differential lockout relays. Ketika relai 86T aktif maka PMT 52A atau PMT 52AB pada Bus Bar 150kV akan terbuka dan suplai listrik akan terputus sementara. Selain itu dengan aktifnya relai 86GT maka sistem eksitasi pada generator akan berhenti bekerja sehingga generator juga akan berhenti bekerja. Tujuan dari sistem proteksi disini adalah membebaskan transformator dari tegangan. Sehingga 4. Penutup 4.1 Kesimpulan 1. Sistem proteksi transformator merupakan suatu sistem yang terdiri atas beberapa relai proteksi, lockout relays yang saling berkoordinasi untuk melindungi transformator dari gangguan, baik yang ditimbulkan dari luar transformator maupun dari dalam transformator itu sendiri. 2. Selain menggunakan beberapa relai proteksi, untuk pengaman transformator juga digunakan penangkal surya ( Lightning Arrester), serta fire protection system 3. Rele proteksi utama yang digunakan pada Transfomator Tenaga unit GTG 1.1 PLTGU Tambak Lorok, Semarang, Jawa Tengah antara lain : 1. Relai Mekanik a) Relai Bucholtz b) Relai Tekanan Lebih c) Relai Termis 2. Relai Elektrik a) Relai Differensial b) Relai Arus Lebih 4.2 Saran 1. Perawatan terhadap alat-alat proses produksi tenaga listrik sudah baik, harus dipertahankan dan ditingkatkan. 2. Diadakan penyuluhan-penyuluhan tentang tenaga listrik dan pemakaian energi listrik yang bijak kepada seluruh masyarakat Kota Semarang dan sekitarnya. 7

8 DAFTAR PUSTAKA [1] L.Tobing, Bonggas Peralatan Tegangan Tinggi. Erlangga. Jakarta. [2] Tim Penyusunan Materi Pelatihan O&M Trafo Tenaga Panduan Pemeliharaan Trafo Tenaga. PT PLN persero. Jakarta. [4] Perusahaan Umum Listrik Negara SE.032/PST/1984; Himpunan Buku Petunjuk Operasi dan Pemeliharaan Peralatan Penyaluran Tegangan Listrik [5] Kadir Abdul Transformator. PT Pradya Paramita. Jakarta [6] [7] [8] [9] BIOGRAFI Dionisius Vidi N. Lahir di Semarang 15 September 1991, menempuh pendidikan dasar di SD. Antonius 02 Semarang, kemudian dilanjutkan di SMP Maria Mediatrix Semarang. Lalu dilanjutkan di SMA Don Bosko Semarang. Dan saat ini sedang menempuh pendidikan Strata-1 Teknik Elektro di Universitas Diponegoro Konsentrasi Ketenagaan. Semarang, November 2012 Mengetahui dan Mengesahkan, Dosen Pembimbing Karnoto, ST, MT NIP