ANALISA PROTEKSI TRANSFORMATOR 150 kv DENGAN MENGGUNAKAN RELE DIFERENSIAL DI PLTG PAYA PASIR LAPORAN TUGAS AKHIR Ditulis Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI MEKANIK Oleh SUGIONO ADI SAPUTRO NIM : 1105051042 JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
ABSTRAK Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan energi listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Dalam pengoperasiannya tidak selalu berjalan normal, melainkan kadang-kadang terjadi gangguan yang mengakibatkan keandalannya berkurang dan apabila tidak segera diatasi dapat mengganggu kerja sistem bahkan kerusakan pada peralatan tersebut. Oleh karenanya dibutuhkan yang disebut dengan proteksi. Dari sini akan dibahas bagaimana cara proteksi transformator terhadap kemungkinan terjadinya gangguan hubung singkat. Gangguan yang dimaksudkan adalah gangguan dari arus hubung singkat yang berada pada wiring diagram pada transformator unit 7 di PLTG Paya Pasir. Rele proteksi yang digunakan dan di setting adalah rele diferensial. Rele ini berfungsi memproteksi arus yang melewati belitan atau kumparan pada transformator. Pada rele diferensial transformator diperoleh Besar arus primer pada CT 1 adalah 9468,75 A dan arus sekunder pada CT 1 adalah 1 A dan Besar arus primer pada CT 2 adalah 668,15 A dan arus sekunder pada CT 2 adalah 1 A. Kata kunci : Sistem proteksi,, Rele diferensial, Transformator.
ABSTRACT A transformer is an electrical apparatus that can move electricity from one or more electrical circuits to the electrical circuit to another, through a magnetic coupling and is based on the principle of electromagnetic induction. In normal operation does not always work, but sometimes it happens disorders resulting reduced reliability and if not addressed can disrupt system performance or even damage to the equipment. Therefore it takes the so-called protection. From here will discuss how to protect the transformer against the possibility of a short circuit fault. Disorder is a disorder of the intended short-circuit current is at the wiring diagram on the transformer at a power plant unit 7 Paya Pasir. Protection relay settings are used, and in the differential relay. This relay serves to protect the current through the coil windings or transformer. In the transformer differential relay earned Big CT1 is the primary current at 9468.75 A and the secondary current is 1 A at CT1 and CT2 Great is the primary current and the secondary current 668.15 A at CT2 is 1 A. Keywords: protection system, differential relay, transformer
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah melimpahkan Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir ini. Penulisan laporan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk melengkapi program perkuliahan Diploma 3 (D3) pada Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan. Dari awal penulisan Tugas Akhir ini hingga penyelesaiannya penulis telah memperoleh banyak dukungan dan bantuan dari berbagai pihak, baik secara material maupun spiritual. Ucapan terima kasih penulis sampaikan terkhusus kepada kedua orangtua tercinta yang telah memberikan semangat, dukungan serta doanya. Dalam kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada pihak pihak yang membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini yaitu: 1. M.Syahruddin, S.T.,M.T. Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Idham Kamil, S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Aulia Salman, S.T.,M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 4. Ir. Abdul Razak.,M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 5. Darwis.A.R,.S.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir saya yang telah banyak memberikan solusi dalam penyelesaian tugas akhir ini. 6. Seluruh staff pengajar Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. i
7. Seluruh staff Administrasi Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 8. Seluruh teman-teman di Politeknik Negeri Medan khususnya kelas EN 6A yang banyak memberikan dukungan moral untuk terselesaikannya Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna dan terdapat banyak kekurangan dan kesalahan yang masih perlu diperbaiki dan ditinjau ulang. Atas dasar kekurangan pada laporan ini penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca agar Tugas Akhir ini dapat disempurnakan di masa mendatang. Akhir kata penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya dan dapat menjadi acuan dalam pembuatan Tugas Akhir selanjutnya. Medan, Agustus 2014 Penulis Sugiono Adi Saputro NIM. 1105051042 ii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Ratio Trafo Arus... 26 iii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Transformator Step Up... 7 Gambar 2.2 Transformator Step Down... 7 Gambar 2.3 Autotransformator... 8 Gambar 2.4 Autotransformator Variabel... 9 Gambar 2.5 Transformator Isolasi... 10 Gambar 2.6 Transformator Pulsa... 11 Gambar 2.7 Transformator Tiga Fasa... 11 Gambar 2.8 Inti Besi... 13 Gambar 2.9 Kumparan Transformator... 14 Gambar 2.10 Bushing... 15 Gambar 2.11 Tangki Transformator... 16 Gambar 2.12 Konservator... 16 Gambar 2.13 Tap Changer... 17 Gambar 2.14 Alat Pernapasan Transformator... 18 Gambar 2.15 Kaidah Tangan Kanan... 22 Gambar 3.1 Rele Diferensial Dalam Keadaan Normal... 24 Gambar 3.2 Hubungan Belitan Transformator Arus... 25 Gambar 3.3 Hubungan Belitan Transformator Tegangan... 26 Gambar 3.4 Rele Diferensial Longitudinal... 28 Gambar 3.5 Rele Diferensial Persentase... 30 Gambar 3.6 Skema Perubahan Tap Changer... 33 Gambar 3.7 Kurva Karakteristik Rele Diferensial... 34 Gambar 3.8 Kurva Karakteristik Arus Trafo... 35 Gambar 3.9 Skema Rele Diferensial... 37 Gambar 3.10 Skema Gangguan Trafo Pada Diluar Daerah Yang Dilindungi... 38 Gambar 3.11 Skema Gangguan Trafo Pada Didalam Daerah Yang Dilindungi... 39 Gambar 3.12 Trafo UNINDO... 40 Gambar 3.13 Rele Diferensial 7UT24... 41 iv
Gambar 4.1 Skema Rele Diferensial 7UT24... 46 v
DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL LEMBAR PERSETUJUAN LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR... i DAFTAR TABEL... iii DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR ISI... vi BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1. 1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan... 3 1.4 Manfaat Tugas Akhir... 3 1.5 Teknik Pengumpulan Data... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 DASAR TEORI... 6 2. 1 Pengertian Transformator... 6 2. 2 Jenis Jenis Transformator... 6 2.2.1 Transformator Step Up... 6 2.2.2 Transformator Step Down... 7 2.2.3 Autotransformator... 8 2.2.4 Autotransformator Variabel... 9 2.2.5 Transformator Isolasi... 9 2.2.6 Transformator Pulsa... 10 2.2.7 Transformator Tiga Phasa... 11 2. 3 Prinsip Kerja Transformator... 12 vi
2. 4 Komponen - Komponen Transformator... 12 2.4.1 Komponen Komponen Utama... 12 2.4.1.1 Inti Besi... 12 2.4.1.2 Kumparan Trafo... 13 2.4.1.3 Kumparan Tersier... 14 2.4.1.4 Minyak Trafo... 14 2.4.1.5 Bushing... 15 2.4.1.6 Tangki dan Konservator... 15 2.4.2 Komponen Tambahan Transformator... 16 2.4.2.1 Peralatan Pendingin... 16 2.4.2.1.1 Tap Changer... 17 2.4.2.1.2 Alat Pernapasan... 17 2.4.2.1.3 Indikator... 18 2.4.2.2 Peralatan Proteksi... 19 2.4.2.2.1 Rele Bucholz... 19 2.4.2.2.2 Rele Tekanan Lebih... 19 2.4.2.2.3 Rele Diferensial... 19 2.4.2.2.4 Rele Arus Lebih... 19 2.4.2.2.5 Rele Beban Lebih... 20 2.4.2.2.6 Fire Protection... 20 2.5 Hukum Hukum Dasar Pada Transformator... 20 2.5.1 Hukum Maxwell... 20 2.6.2 Hukum Faraday... 21 BAB 3 RELE DIFERENSIAL... 23 3.1 Rele Diferensial... 23 3.2 Komponen Komponen Sistem Proteksi Trafo... 25 3.2.1 Trasnformator Arus... 25 3.2.2 Trasnformator Tegangan... 26 3.3 Prinsip Kerja Rele Diferensial... 27 vii
3.4 Jenis Jenis Rele Diferensial... 27 3.4.1 Rele Diferensial Longitudinal... 27 3.4.1.1 Kondisi Normal... 28 3.4.1.2 Kondisi Gangguan F1... 29 3.4.1.3 Kondisi Gangguan F2... 29 3.4.2 Rele Diferensial Persentase... 30 3.4.2.1 Kondisi Normal... 31 3.4.2.2 Kondisi Gangguan F1... 31 3.4.2.3 Kondisi Gangguan F2... 32 3. 5 Karakteristik Rele Diferensial... 32 3. 6 Tinjauan Masalah Terhadap Rele Diferensial... 35 3.6.1 Karakteristik CT... 35 3.6.2 Karakteristik Trafo Arus Pada Rele Diferensial... 35 3.6.3 Perubahan Sadapan Beban... 36 3.6.4 Adanya Arus Serbu Magnetisasi... 36 3. 7 Skema Rele Diferensial... 37 3. 8 Jenis Jenis Gangguan Rele Diferensial... 38 3.8.1 Gangguan Diluar Daerah Yang Dilindungi... 38 3.8.2 Gangguan Didalam Daerah Yang Dilindungi... 39 3. 9 Spesifikasi Transformator... 40 3. 10 Rele Diferensial Type 7UT24... 41 BAB 4 ANALISA DATA... 43 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN... 48 5.1 Kesimpulan... 48 5.2 Saran... 49 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan IPTEK pada saat ini memberikan pengaruh besar dan mengakibatkan timbulnya banyak persaingan dan tantangan yang mengharuskan kita untuk dapat membuka diri terhadap datangnya perubahan - perubahan dalam negeri maupun dari luar negeri. Kita juga dituntut untuk berbuat sesuatu yang lebih sempurna jika tidak ingin tertinggal dengan negara-negara lain. Di samping itu, perkembangan ilmu pengetahuan juga memiliki dampak yang sangat besar terhadap dunia industri khususnya dunia kerja yang mengakibatkan meningkatnya kebutuhan daya listrik. Kemudian jumlah penduduk yang semakin bertambah dan keinginan setiap individu untuk praktis dalam melakukan setiap kegiatan dengan menggunakan bantuan barang barang elektronik akan mengakibatkan juga menaiknya beban listrik yang harus dipenuhi oleh PLN (Perusahaan Listrik Negara). Oleh karena itu diperlukannya ilmu ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan kelistrikan. Salah satunya adalah Proteksi Transformator sesuai dengan judul tugas akhir saya pada laporan ini. Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisikondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan. Pada dasarnya gangguan dapat terjadi karena kegagalan operasi peralatan dalam sistem, kesalahan manusia dan karena alam. Langkah yang dapat diambil untuk mencegah terjadinya gangguan antara lain dengan menggunakan isolasi 1
yang baik, membuat koordinasi isolasi dan menghindarkan kesalahan operasi. Tetapi langkah langkah tersebut dibatasi oleh faktor ekonomis dan alam. Karenanya para ahli sepakat : gangguan boleh saja terjadi dan tidak dapat dihindari namun dampaknya harus diminimalisasi. Transformator daya merupakan suatu peralatan yang sangat vital yang berfungsi menyalurkan daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya dan tidak pernah lepas dari gangguan. Adanya gangguan yang terjadi pada transformator dapat menghambat proses penyaluran energi listrik ke konsumen. Oleh karena itu, sistem proteksi yang handal sangat dibutuhkan untuk melindungi transformator dari gangguan. Transformator adalah unsur utama dan merupakan mata rantai terpenting dalam penyaluran dan distribusi tenaga listrik. Seiring dengan semakin meningkatnya permintaan energi listik maka keperluan akan transformator dengan sendirinya meningkat mengikuti bertambah besarnya daya listrik yang dibangkitkan. Oleh karena transformator merupakan unsur utama dari sistem penyaluran dan distribusi energi listrik dan merupakan peralatan yang paling mahal harganya, maka sistem proteksi atau pengamanan terhadap sebuah transformator baik terhadap gangguan-gangguan yang terjadi dari dalam transformator itu sendiri maupun dari luar transformator tersebut sangat perlu diperhatikan. Listrik memiliki peran vital dan strategis, ketersediannya harus memenuhi aspek andal, aman dan akrab dengan lingkungan. Keandalan sistem tenaga listrik ditentukan oleh sistem dan konstruksi instalasi listrik yang memenihi ketentuan dan persyaratan yang berlaku. Keamanan sistem tenaga listrik ditentukan oleh sistem pengaman (protection system) yang baik, benar, andal atau tepat sesuai dengan kebutuhan sistem yang ada. Proteksi sistem tenaga listrik merupakan perlindungan atau pengaman pembangkit tenaga listrik, penyalur (transmisi), pendistribusian (distribusi) dan instalasi pemanfaatan. 2
1.2 Rumusan Masalah Pembahasan mengenai transformator sangatlah luas, mengingat hal tersebut dalam pengerjaan tugas akhir ini penulis membatasi beberapa hal yang akan dibahas, antara lain : 1. Bagaimana prinsip kerja transformator? 2. Apa apa saja komponen komponen utama transformator? 3. Bagaimana Analisa Proteksi rele diferensial pada transformator? 1.3 Tujuan 1. Mengetahui dan mengerti tentang prinsip kerja transformator. 2. Mengetahui komponen komponen utama transformator. 3. Mengetahui dan menganalisa proteksi rele diferensial pada transformator di PLTG Paya Pasir. 1.4 Manfaat Tugas Akhir Laporan tugas akhir ini diharapkan bermanfaat bagi : 1. Manfaat untuk penulis sendiri untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan dan pengalaman agar mampu melakukan kegiatan yang sama kelak setelah bekerja atau terjun ke lapangan. 2. Laporan ini diharapkan dapat menjadi bahan referensi tambahan dalam pengembangan pengetahuan mahasiswa/i tentang Sistem Proteksi Transformator. 3
1.5 Teknik Pengumpulan Data Adapun teknik pengumpulan data yang dilakukan oleh penulis untuk memperoleh data dan informasi yang dibutuhkan dalam penelitian ini adalah : 1. Penelitian Lapangan a. Observasi yaitu dengan melakukan study pengamatan langsung terhadap objek penelitian serta menganalisa data yang berkaitan dengan data penelitian. b. Interview yaitu melakukan wawancara secara langsung kepada staff lapangan yang berkaitan dengan objek yang akan di analisa. 1.6 Sistematika Penulisan Dalam penulisan dan penyusunan tugas akhir ini, maka penulis membuat sistematika penulisan yang diharapkan akan mempermudah dan memahami maksud yang ingin disampaikan kepada pembaca. Adapun isi sistematika penulisan ini adalah : BAB I PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penulisan, teknik pengumpulan data dan sistematika penulisan. BAB 2 TRANSFORMATOR Bab ini memberikan memberikan penjelasan mengenai teori teori dasar yang diperlukan dalam tugas akhir diantaranya menjelaskan dan menguraikan tentang transformator secara umum. BAB 3 RELE DIFERENSIAL 4
Pada bab ini menjelaskan dan menguraikan tentang prinsip kerja dari Rele Diferensial dan persamaan yang terdapat pada Rele Diferensial. BAB 4 BAB 5 ANALISA PROTEKSI TRANSFORMATOR di PLTG PAYA PASIR Pada bab ini menganalisa sistem proteksi transformator. PENUTUP Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulis tugas akhir. 5