MAKALAH SEMINAR KERJA PRAKTEK SISTEM PROTEKSI DAN FUNGSI SISTEM PROTEKSI TRANSFORMATOR DISTRIBUSI PADA FURNACES Dinas Perawatan Listrik Pabrik Baja Lembar Panas ( Hot Strip Mill ) PT. Krakatau Steel (PERSERO) Tbk. Andrew Medea 1, Agung Nugroho 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia ABSTRAK PT. Krakatau Steel (Persero) Tbk. merupakan perusahaan manufakturing yang bergerak pada bidang pengolahan baja. Salah satu divisinya adalah Pabrik Hot Strip Mill yang mengolah slab menjadi lembaran lebih tipis atau coil sesuai permintaan konsumen. Masing-masing proses pada divisi ini ditunjang atau memiliki transformator sendiri. Hal ini dilakukan agar setiap proses tidak mengganggu proses lain bila suatu saat terjadi gangguan pada salah satu prosesnya. Setiap proses tidak hanya memiliki 1 buah transformator, tapi ada beberapa transformator penunjang. Contohnya pada Furnaces memiliki 5 transformator, 4 diantaranya merupakan transformator distribusi dan 1 transformator elekrtrik. Transformator memiliki keandalan yang tinggi sehingga membutuhkan sistem proteksi. 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 relai adalah suatu susunan piranti, baik elektronik maupun magnetik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidak normalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan. Jika bahaya itu muncul maka relai pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk membuka pemutus tenaga (circuit breaker) agar bagian yang terganggu dapat dipisahkan dari sistem yang normal. Kata Kunci : Furnaces, transformator, relai elektris, relai mekanis 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Semakin berkembangnya peradaban manusia semakin tinggi pula keinginan dan kebutuhan dari manusia. Dengan didorong oleh perkembangan ilmu dan teknologi yang cukup pesat saat ini memberikan pengaruh dengan berkembangnya dunia industri di Indonesia yang bergerak di bidang perindustrian. PT. Krakatau Steel merupakan perusahaan yang bergerak dalam bidang industri manufaktur. Perusaan ini bergerak dalam bidang pengecoran baja. PT. Krakatau Steel sudah banyak menghasilkan produk seperti: kawat baja, baja profil, plat baja maupun beja beton. Furnaces merupakan salah satu proses yang terdapat di Divisi Hot Strip Mill. Bahan baku slab mengalami pemanasan dengan temperature tinggi antara 1200-13000c hingga 2,5 menit dalam proses ini. Untuk menjalankan tugasnya, Furnaces didukung oleh 4 transformator distribusi step-down dan 1 transformator elektrik. Dan untuk menjaga kelangsungan kerja transformator, diperlukan sistem proteksi. Ini bertujuan apabila terjadi kerusakan pada transformator dapat diminimalisir sehingga tidak memakan biaya yang tinggi dan waktu yang lama untuk perbaikan. 1.2 Tujuan Pembuatan laporan kerja praktek ini bertujuan untuk mencari informasi yang berkaitan dengan sistem proteksi transformator distribusi. 1.3 Pembatasan Masalah Dalam penulisan laporan kerja praktek ini, penulis membahas mengenai sistem proteksi transformator distribusi pada dapur Furnaces divisi HSM PT. Krakatau Steel. Juga tidak dibahas mengenai penyettingan relai. 2. DASAR TEORI 2.1. Unit Produksi PT Krakatau Steel PT Krakatau Steel, Cilegon sebagai pabrik baja terpadu memiliki unit-unit produksi yang saling mendukung dan terintegrasi. proses produksi baja pada unit-unit tersebut saling berkaitan antara divisi / pabrik yang satu dengan 1. Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro UNDIP 2. Dosen Jurusan Teknik Elektro UNDIP
yang lainnya. Pembagian divisi / pabrik pada PT Krakatau Steel, meliputi : 1. Pabrik Besi Spons (Direct Reduction Plant / DRP) 2. Pabrik Billet Baja (Billet Steel Plant / BSP) 3. Pabrik Baja Slab (Slab Steel Plant / SSP) 4. Pabrik Baja Lembaran Panas (Hot Strip Mill / HSM) 5. Pabrik Baja Batang Kawat ( Wire Rod Mill / WRM ) 6. Pabrik Baja Lembaran Dingin (Cold Rolling Mill / CRM) Gambar 1. Diagram Proses Produksi PT Krakatau Steel 2.2 Hot Strip Mill (HSM) Pada Divisi HSM, untuk menghasilkan produk-produknya digunakan bahan baku berupa baja slab dengan ukuran sebagai berikut : 1. tebal : 180-230 mm (continous casting slab 2. lebar : 600-2080 mm 3. panjang : max. 12.000 mm 4. berat : max. 30 ton Proses utama produksi slab menjadi lembaran baja adalah sebagai berikut : 1) Reheating Furnace Pada tahap ini, slab dipanaskan ulang dalam furnace dengan suhu mencapai 1200 o C 1300 o C. 2) Sizing Press Setelah dipanaskan, slab dikurangi ukuran lebarnya dengan melakukan pressing (pukulan) pada kedua sisi slab. Ukuran lebar slab disesuaikan dengan spesifikasi baja yang diinginkan. 3) Roughing Mill Pada Roughing Mill, slab akan dikurangi ketebalannya dengan proses pengerolan. Bagian ini menggunakan stand dengan tipe 4 Hi atau quatro dengan metode pengerolan bolak-balik. Slab akan mengalami proses roll beberapa kali (pass), tergantung dari ketebalan yang diinginkan. 4) Finishing Mill Pada Finishing Mill, slab akan mengalami proses roll untuk memperoleh ketebalan strip yang sesuai dengan pesanan. 5) Down Coiler Sebelum strip (hasil dari Finishing Mill) masuk ke down coiler, slab melewati laminar cooling yang berfungsi untuk mendinginkan strip. Setelah strip mencapai temperatur yang sesuai maka proses yang selanjutnya adalah menggulung strip menjadi coil di down coiler. 2.3 Transformator Distribusi Transformator distribusi 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 : 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. Relai bucholtz 2. Relai thermis 3. Relai differensial 4. Relai over current 5. Relai hubung tanah d. Peralatan Tambahan 1. Pemadam kebakaran 2. Arrester Laporan ini membahas beberapa relai proteksi yang digunakan pada transformator distribusi dengan merek Trafo-Union dari pabrikan Siemens AG dan AEG-TELEFUNKEN. Transformator ini merupakan pabrikan dari Jerman. Dengan frekuensi kerja 50Hz untuk sistem 3 fasa.
Gambar 2. Transformator Distribusi 3. ANALISA DAN PEMBAHASAN 3.1. Sistem Proteksi Secara Umum Relai pengaman atau sistem proteksi adalah susunan piranti, baik elektronik, magnetik maupun mekanik yang direncanakan untuk mendeteksi suatu kondisi ketidaknormalan pada peralatan listrik yang membahayakan atau tidak diinginkan. Jika bahaya itu muncul maka relai pengaman akan secara otomatis memberikan sinyal atau perintah untuk 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 Distribusi Transformator distribusi adalah alat untuk mengkonversi nilai tegangan dan arus listrik ke nilai tegangan dan arus listik yang berbeda secara magnetik. Seperti halnya peralatan 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 relai, yakni relai mekanik dan juga relai elektris. Setiap relai tersebut memiliki fungsinya masingmasing. 3.2. Relai Mekanik 1. Relai 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 suatu ruang yang dipasang antara bejana transformator dan bejana ekspansi. Kedua saklar akan bekerja jika digerakkan dan berada dalam posisi datar. Gambar 3. 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 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. 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. 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 trip ke pemutus tenaga. Gambar 5. Relai Thermis Gambar 4. Relai Bucholtz 2. Relai Thermis Relai Thermis atau Temperatur adalah alat pengindikasi temperatur kumparan dan minyak yang digunakan untuk mendeteksi dan mengindikasi temperatur maksimum 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. 3.3. Relai Elektris 1. Relai 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 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 5. Prinsip Kerja Relai Thermis Elemen pemanas temperaturnya dipasang pada bagian utama transformator dan indikatornya (termasuk kontak) dipasang di tempat yang mudah Gambar 6. Rangkaian Sistem Relai Differensial
Pada keadaan bekerja relai differensial (d) membandingkan vektor arus I1 dan I2 atau i1 dan i2. Dalam hal ini untuk menjaga agar sistem pengamanan 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 lewat relai adalah : id = i1 - i2= 0 Namun jika terjadi gangguan maka id = i1 - i2 0 sehingga ada arus yang mengalir melalui relai ini. Dengan cepat relai akan memberikan perintah untuk membuka PMT sehingga trafo bisa terbebas dari gangguan. Relai differensial merupakan pengaman utama dan tidak memberikan pengaman cadangan pada sesi yang berdekatan. 3.3. Peta Distribusi Transformator Setelah tadi dibahas mengenai jenis jenis relai proteksi untuk transformator distribusi, kali ini akan ditambahkan peta pendistribusian listrik dari transformator distribusi ke Furnaces. Gambar 7. Box Relai Differensial 2. Relai 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). Gambar 9. Single Line Diagram Transformator Furnaces Gambar 8. Rangkaian Relai Arus Lebih Gambar di atas merupakan single line diagram dari sistem kelistrikan Furnaces. Terlihat transformator mendapat input sebesar 6kV yang kemudian diturunkan menjadi 400V untuk disalurkan ke motor-motor pada dapur Furnaces dan Lighting (pencahayaan dan peralatan elektrik lainnya).
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 indikator udara (silica gel), serta fire protection system. 3. Relai proteksi utama yang digunakan pada Transfomator Distribusi untuk Furnaces pada divisi HSM PT. Krakatau Steel, Cilegon, antara lain : 1. Relai Mekanik a) Relai Bucholtz 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. Penguasaan teknik perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) mutlak diperlukan dan tidak bisa dipisahkan satu sama lain. BIODATA Andrew Medea (21060110141056). Lahir di Jember, 7 Februari 1993. Telah menempuh pendidikan di SD Tunas Jaka Sampurna Bekasi, SMP Muhammadiyah 5 Surabaya dan SMAN 9 Semarang. Dan saat ini tercatat sebagai mahasiswa S1 Teknik Elektro Universitas Diponegoro, angkatan 2010, konsentrasi Teknik Ketenagaan. Menyetujui Dosen Pembimbing Ir. Agung Nugroho, M.Kom NIP 195901051987031002 DAFTAR PUSTAKA [1] L.Tobing, Bonggas. 2003. Peralatan Tegangan Tinggi. Erlangga. Jakarta. [2] Theraja B.L. A Text-Book Of Electrical Technology. [3] Electrical Equipment, Volume 3-Furnace Area. PT. Krakatau Steel HSM 88. Cilegon. [4] Electrical Equipment, Volume 1-General Plant Data, Book 2-Section 2 to 6. PT. Krakatau Steel HSM 88. Cilegon. [5] Electrical Equipment, Volume 1-General Plant Data, Book 2-Section 2 to 6. PT. Krakatau Steel HSM 88. Cilegon. [6] Electrical Equipment, Volume 2-Power Distribution, Book 2-Section 5. PT. Krakatau Steel HSM 88. Cilegon.