BAB I PENDAHULUAN. dalam sistem tenaga listrik, maka diperlukan proteksi dengan teknik yang tepat

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah Peralatan proteksi merupakan komponen penting dalam sistem tenaga listrik yang berguna untuk mendeteksi dan mengisolasi adanya gangguan. Skema proteksi yang tepat haruslah dipilih sedemikian sehingga menghasilkan keamanan operasi peralatan sistem tenaga dan menjaga keandalan pada sistem secara keseluruhan (Attapol, 2006). Transformator daya adalah salah satu peralatan yang penting dan mahal dalam sistem tenaga listrik, maka diperlukan proteksi dengan teknik yang tepat dan pemeliharaan yang berkelajutan. Proteksi pada transformator daya umumnya menggunakan berbagai macam relai, diantaranya: relai arus lebih, relai tekanan, relai Bucholz, dan relai diferensial yang bergantung dari tujuan penggunaan relai tersebut. Proteksi diferensial transformator daya menggunakan arus diferensial sebagai besaran listrik yang diukur. Arus diferensial didapat dengan cara membandingkan antara arus primer dengan arus sekunder. Proteksi diferensial ini bertujuan untuk mendeteksi gangguan dalam (internal) pada transformator daya. Pada saat transformator beroperasi normal dan atau terjadinya gangguan luar (eksternal), arus diferensial yang dihasilkan relatif kecil, sehingga pada kondisi seperti ini relai diferensial tidak akan memberikan sinyal trip. Namun demikian, 1

2 ada salah satu fenomena yang dapat menyebabkan terjadinya operasi yang tidak diinginkan pada proteksi diferensial, yaitu fenomena arus magnetizing inrush. Arus magnetizing inrush bukan merupakan arus gangguan (Adel, 2011), tetapi keadaan transien pada saat transformator disuplay listrik (energized) dari kondisi mati. Pengaruh dari arus magnetizing inrush biasanya memiliki amplitudo yang cukup besar yang menyebabkan proteksi diferensial konvensional cenderung untuk memberikan sinyal trip. Untuk menghindari kesalahan operasi yang tidak diinginkan pada proteksi diferensial, maka dibutuhkan kemampuan relai untuk membedakan antara arus gangguan dalam, arus magnetizing inrush, dan arus gangguan luar yang terjadi pada suatu transformator daya. Metode yang digunakan untuk menganalisa harmonik suatu sinyal yaitu menggunakan transformasi Fourier (TF). Keluaran dari Transformasi Fourier (TF) adalah sinusoidal pada berbagai frekuensi yang berbeda. Pada beberapa tahun terakhir ini telah diketahui bahwa TF ternyata tidak tepat untuk menganalisa gangguan pada sistem tenaga yang metode proteksinya berbasiskan pada kondisi transien sinyal. Hal ini dikarenakan pada kondisi transien terkandung informasi yang berada pada domain frekuensi dan domain waktu. TF hanya memberikan informasi pada domain frekuensi (Attapol, 2006). Perkembangan teknologi pemrosesan sinyal dan peralatan sistem cerdas yang cukup pesat, membuat pengembangan sistem proteksi yang handal, cepat, dan selektif sebagai sarana untuk menganalisa gangguan pada transformator daya. Teknologi pemrosesan sinyal dan peralatan sistem cerdas ini ditunjukkan dengan 2

3 adanya penggunaan Fuzzy Logic, Transformasi (TW) (Sukanta, 2008 ; Attapol, 2006), dan Artificial Neutral Network (ANN) (Sudha, 2007). Transformasi wavelet sudah banyak digunakan pada berbagai aplikasi, termasuk juga pada aplikasi sistem tenaga. Aplikasi wavelet pada sistem tenaga sangat banyak diaplikasikan pada analisa dan deteksi transien elektromagnetik, pengukuran kualitas daya, kompresi data (Effrina, 2002) dan deteksi gangguan (Sendilkumar, 2010). juga telah digunakan pada proteksi diferensial (differential protection) trafo daya untuk mendeteksi sinyal gangguan pada arus sekaligus mengetahui harmonik dari sinyal tersebut lalu diolah menggunakan transformasi wavelet packet (TWP) sebagai proteksi berarah (directional protection) pada transformator daya (Adel). Teknik yang digunakan menggunakan dua buah besaran listrik, yaitu sinyal arus gangguan dan sinyal tegangan sebelum gangguan sebagai sinyal arah. Transformasi wavelet dalam beberapa tahun terakhir ini banyak digunakan untuk mengetahui sinyal transien yang bertujuan untuk mengetahui informasi yang berada pada domain frekuensi dan domain waktu (Mario, 2010). Transformasi ini bertujuan untuk menganalisis fenomena sinyal transien pada transformator daya untuk membedakan arus inrush dan arus normal dari arus gangguan. Pada skripsi ini penulis akan mengaplikasikan transformasi wavelet untuk keperluan proteksi diferensial pada transformator daya tiga fasa. Dengan memakai filter tingkat ketiga dari transformasi wavelet paket untuk mengukur tingkat akurasi dari perbedaan arus inrush dan arus normal dari semua jenis arus gangguan (Adel, 2011). 3

4 Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, penulis tertarik untuk mencoba mengaplikasikan proteksi diferensial pada transformator daya tiga fasa dengan menggunakan transformasi wavelet untuk mengetahui perbedaan arus yang masuk dari semua jenis gangguan. Penulis pada skripsi ini penulis memberi judul: Teknik Proteksi Diferensial pada Transformator Daya Tiga Fasa dengan Menggunakan Transformasi. B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dibahas sebelumnya maka rumusan masalah pada skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana mensimulasikan transformasi wavelet untuk proteksi diferensial transformator daya tiga fasa. 2. Bagaimana pengaruh saturasi trafo arus (CT) terhadap sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai untuk berbagai macam gangguan pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. 3. Bagaimana pengaruh hubungan belitan trafo terhadap sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai untuk berbagai macam ganggguan pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. 4. Bagaimana pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah terhadap sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau 4

5 seting relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. 5. Bagaimana pengaruh perubahan tap changer trafo terhadap seting dan kinerja relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. C. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian pada skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Mensimulasikan transformasi wavelet untuk proteksi diferensial transformator daya tiga fasa. 2. Mengetahui pengaruh saturasi trafo arus (CT) terhadap sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai untuk berbagai macam gangguan pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. 3. Mengetahui pengaruh hubungan belitan trafo terhadap sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai untuk berbagai macam ganggguan pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. 4. Mengetahui pengaruh tahanan gangguan dan tahanan tanah terhadap sensitivitas dan respon kecepatan relai serta batas ambang (threshold) atau seting relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. 5

6 5. Mengetahui pengaruh perubahan tap changer trafo terhadap seting dan kinerja relai pada sistem proteksi diferensial trafo daya tiga fasa berbasis transformasi wavelet. D. Batasan Masalah Untuk memudahkan penyusunan skripsi agar isinya tidak melebar dan lebih terarah, maka penulis membuat batasan masalah untuk penulisan skripsi ini. Batasan masalah secara umum adalah : 1. Sistim tiga fasa diasumsikan seimbang. 2. Transformator yang diproteksi adalah transformator 3 fasa dengan hubungan Y - dan - Y. 3. Kondisi transformator daya yang dianalisis meliputi pada saat: i. Gangguan dalam (internal fault) terjadi pada sisi sekunder (F1) transformator daya dan gangguan luar (external fault) di dekat CT (F2) untuk berbagai gangguan hubung singkat berikut: - Gangguan hubung singkat tiga fasa (L-L-L-G) - Gangguan hubung singkat dua fasa (L-L) - Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah (L-G) ii. Kondisi arus magnetizing inrush. 4. Pemodelan trafo arus (CT) yang digunakan adalah trafo bersaturasi. 5. Harga tahanan gangguan bervariasi sebesar R F = {0.01, 5, 20, 50} ohm dan tahanan tanah R G sebesar 5 ohm. 6

7 6. Pemodelan didasarkan pada kondisi dimana gangguan yang sering terjadi pada kondisi real maka dibuat suatu analisis dan simulasi gangguan. E. Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan dampak positif dalam bidang proteksi sistem tenaga listrik. Berikut beberapa manfaat dari penelitian ini adalah: 1. Menghasilkan teknik proteksi diferensial trafo daya yang memiliki selektifitas yang baik, yang mampu membedakan kondisi gangguan dalam dan gangguan luar, serta menjaga trafo tetap bekerja pada saat adanya arus inrush. 2. Menghasilkan teknik proteksi diferensial yang memiliki respon relai dengan kecepatan tinggi. 3. Menghasilkan teknik proteksi diferensial yang mampu tetap bekerja (robust) terhadap adanya variasi perubahan tahanan gangguan dan/atau tahanan tanah serta tidak dipengaruhi oleh saturasi trafo arus (CT). 4. Menghasilkan teknik proteksi diferensial yang mampu tetap bekerja (robust) terhadap adanya variasi perubahan tap changer trafo. F. Metode Penelitian Metode yang dilakukan dalam penyusunan Skripsi ini adalah: 7

8 1. Metode Observation (observasi), dengan melakukan pengamatan terhadap jurnal-jurnal yang telah ada dan mengembangkannya pada metode yang akan diajukan. 2. Metode Discussion (diskusi), dengan melakukan diskusi yang mendalam dengan pembimbing Skripsi seputar metode yang diajukan. 3. Studi Literature (studi pustaka), di dapat dari jurnal-jurnal dan buku yang berkaitan dengan metode yang diajukan. G. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan pada skripsi ini adalah sebagai berikut: Bab I PENDAHULUAN Menjelaskan latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. Bab II TIJAUAN PUSTAKA Menjelaskan gangguan-gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik dan sistem proteksi tenaga listrik, sistem proteksi pada transformator daya, dan metode-metode yang telah dikembangkan untuk proteksi diferensial pada transformator daya. Bab III TRANSFORMASI WAVELET Menjelaskan metode penggunaan tranformasi wavelet untuk analisis gangguan pada transformator daya beserta implementasinya dalam penelitian skripsi ini. 8

9 Bab IV HASIL DAN PEMBAHASAN Menjelaskan pemodelan, implementasi, analisis sistem jaringan, simulasi seluruh gangguan hubung singkat yang mungkin terjadi pada jaringan transformator daya, dan pada saat terjadinya saturasi trafo arus. Serta rangkaian logika dari metode yang diajukan. Bab V KESIMPULAN DAN SARAN Menjelaskan kesimpulan dari hasil studi yang sekaligus penutup dari skripsi ini dan saran-saran yang didasarkan pada hasil studi yang diperoleh. 9