bab iii persiapan laporan
Post on 17-Jan-2016
28 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB III
TINJAUAN PUSTAKA
3.1 TRANSFORMATOR
Transformator merupakan peralatan listrik yang berfungsi untuk
menyalurkan daya/tenaga dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau
sebaliknya dan dapat mengubah nilai tegangan dari suatu nilai tertentu ke
nilai yang kita inginkan tanpa merubah frekuensi. Dalam pengoperasiannya,
transformator tenaga listrik pada umumnya ditanahkan pada titik netral,
sesuai dengan kebutuhan untuk sistem pengaman atau proteksi.
Transformator menggunakan prinsip hukum induksi faraday dan
hukum lorentz dalam menyalurkan daya, dimana arus bolak balik yang
mengalir mengelilingi suatu inti besi maka inti besi itu akan berubah
menjadi magnet. Dan apabila magnet tersebut dikelilingi oleh suatu belitan
maka pada kedua ujung belitan tersebut akan terjadi beda potensial (gambar
3.1).
Gambar 3.1. Arus bolak balik mengelillingi inti besi
Secara ummum transformator dapat di bagi menjadi tiga bagian :
a. Lilitan primer, merupakan bagian transformator yang terhubung
dengan rangkaian sumber energi listrik
b. Lilitan sekunder, meripakan bagian transformator yang terhubung
dengan rangkaian beban.
c. Inti besi, merupakan bagian transformator yang bertujuan untuk
mangarahkan keseluruhan fluks magnet yang dihasilkan oleh lilitan
primer agar masuk kelilitan sekunder.
Prinsip kerja trafo adalah Transformator terdiri atas dua buah
kumparan (primer dan sekunder) yang bersifat induktif. Kedua kumparan ini
terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur
yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah. Apabila kumparan primer
dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik
akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut
membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya
fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi (self
induction) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh
induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama
(mutualinduction) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan
sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di
bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara
magnetisasi). (Gambar 3.2) .
Gambar 3.2. Prinsip kerja transformator
3.2 Trafonsformator Daya (step-up)
Transformator daya (step-up) adalah transformator yang memiliki
lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi
sebagai penaik tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit
tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi
tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.
Gambar 3.3 Lambang transformator step-up (kiri) dan
fisik transformator step-up (kanan)
3.3 Bagian – bagian transformator
Bagian-bagian transformator tenaga terdiri dari 2 bagian yaitu ;
Bagian utama yang terdiri dari :
a) inti besi,
b) kumparan transformator,
c) minyak transformator,
d) bushing,
e) tangki konservator,
Bagian peralatana bantu yang terdiri dari :
a) pendinginan transformator,
b) tap changer
c) alat pernapasan (dehydrating breather),
d) indikator.
e) Neutral Grounding Resistance (NGR)
Gambar 3.4 Komponen-komponen internal transformator
Adapun penjelasan dari bagian-bagin transformator sebagai berikut :
Bagian utama transformator
a. Inti besi
Inti besi berfungsi untuk mempermudah jalan fluksi,magnetik
yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melalui kumparan. Dibuat
dari lempenganlempengan besi tipis yang berisolasi, untuk
mengurangi panas (sebagai rugi-rugi besi) yang ditimbulkan oleh
Eddy Current.
Gambar 3.5 Inti besi
b. Kumparan transformator
Kumparan transformator adalah beberapa lilitan kawat
berisolasi yang membentuk suatu kumparan atau gulungan.
Kumparan tersebut terdiri dari kumparan primer dan kumparan
sekunder yang diisolasi baik terhadap inti besi maupun terhadap
antar kumparan dengan isolasi padat seperti karton, pertinak dan
lain-lain. Kumparantersebut sebagai alat transformasi tegangan dan
arus.
Gambar 3.6 Konstruksi belitan transformator (kanan) dan gambaran
fisik belitan transformator (kiri)
c. Minyak Transformator
Minyak transformator merupakan salah satu bahan isolasi cair
yang dipergunakan sebagai isolasi dan pendingin pada
transformator. Sebagai bagian dari bahan isolasi, minyak harus
memiliki kemampuan untuk menahan tegangan tembus, sedangkan
sebagai pendingin minyak transformator harus mampu meredam
panas yang ditimbulkan, sehingga dengan kedua kemampuan ini
maka minyak diharapkan akan mampu melindungi transformator
dari gangguan. Minyak yang di gunakan adalah minyak trafo
mineral yang berbahan dasar dari pengelolaan minyak bumi yaitu
antara fraksi minyakdiesel dan turbin yang mempunyai struktur
kimia yang sangat kompleks.
Gambar 3.8 Minyak trafo
d. Bushing
Bushing yaitu sebuah konduktor yang diselubungi oleh
isolator merupakan alat penghubung antara kumparan
transformator dengan jaringan luar. Bushing sekaligus berfungsi
sebagai penyekat/isolator antara konduktor tersebut dengan tangki
transformator.
Gambar 3.9 Bushing
e. Tangki konservator
Pada umumnya bagian-bagian dari trafo yang terendam
minyak trafo berada (ditempatkan) dalam tangki. Untuk
menampung pemuaian minyak trafo, tangki dilengkapi dengan
konservator.
Gambar 3.10 Tangki konservator
Peralatan bantu
a. Tap Changer
Tap Changer adalah Alat bantu utama dari sebuah
transformator yang berfungsi untuk mendapatkan ratio yang efektif
dengan cara mengurangi atau menambah jumlah belitan/winding
primer atau sekunder. Secara umum tap changer bekerja
berdasarkan perbandingan jumlah lilitan dan tegangan pada
kumparan primer dan sekunder.
Proses perubahan ratio belitan ini dapat dilakukan pada saat
trafo sedang berbeban (On load tap changer) atau saat trafo tidak
berbeban (Off load tap changer).
Tap changer terdiri dari :
Selector Switch yaitu merupakan rangkaian mekanis yang terdiri
dari terminal terminal untuk menentukan posisi tap atau ratio
belitan primer.
Diverter Switch yaitu merupakan rangkaian mekanis yang
dirancang untuk melakukan kontak atau melepaskan kontak
dengan kecepatan yang tinggi.
Tahanan transisi yaitu merupakan tahanan sementara yang akan
dilewati arus primer pada saat perubahan tap.
Dikarenakan aktifitas tap changer lebih dinamis dibanding
dengan belitan utama dan inti besi, maka kompartemen antara
belitan utama dengan tap changer dipisah.
Gambar 3.11 Bagian-bagian Tap changer
Keterangan gambar :
1. Tap changer Head and Cover
2. Tap changer Oil compartment
3. Tap selector,diverter switch dan tahanan transmisi
4. Motor drive unit
5. Tap changer protective rele
6. Tap changer oil conservator
b. Alat pernapasan
Akibat pengaruh naik turunnya beban transformator maupun
suhu udara luar, maka suhu minyak akan berubah-ubah mengikuti
keadaan tersebut. Bila suhu minyak tinggi, minyak akan memuai
dan mendesak udara di atas permukaan minyak keluar dari dalam
tangki, sebaliknya apabila suhu turun, minyak menyusut maka
udara luar akan masuk ke dalam tangki.
Untuk mengatasi hal tersebut udara yang masuk ke dalam
tangki konservator pada saat minyak menjadi dingin diperlukan
suatu media pengisap kelembapan yang digunakan biasanya adalah
silicagel. Kebalikan jika trafo panas maka pada saat menyusut
maka akan mengisap udara dari luar masuk ke dalam tangki dan
untuk menghindari terkontaminasi oleh kelembapan udara maka
diperlukan suatu media pengisap kelembapan yang digunakan
biasanya adalah silicagel yang secara khusus dirancang untuk
maksud tersebut di atas. Konstruksi alat pernapasan transformator
dapat dilihat pada gambar 3.12
Gambar 3.12 Konstruksi Alat Pernapasan Transformator
c. Pendinginan Transformator
Pada inti besi dan kumparan-kumparan akan timbul panas
akibat rugi-rugi tembaga. Maka panas tersebut mengakibatkan
kenaikan suhu yang berlebihan, ini akan merusak isolasi, maka
untuk mengurangi kenaikan suhu yang berlebihan tersebut
transformator perlu dilengkapi dengan alat atau sistem pendingin
untuk menyalurkan panas keluar transformator media yang dipakai
pada sistem pendingin dapat berupa: udara/gas, minyak, dan air.
Pada cara alamiah, pengaliran media sebagai akibat adanya
perbedaan suhu media dan untuk mempercepat pendinginan dari
mediamedia (minyak-udara/gas) dengan cara melengkapi
transformator dengan sirip-sirip (radiator). Bila diinginkan
penyaluran panas yang lebih cepat lagi, cara manual dapat
dilengkapi dengan peralatan untuk mempercepat sirkulasi media
pendingin dengan pompa-pompa sirkulasi minyak, udara, dan air,
cara ini disebut pendingin paksa (Forsed). Macam-macam sistem
pendingin transformator dapat dilihat pada table 3.1.
Tabel 3.1 Macam-macam sistem pendingin
d. Neutral Grounding Resistance (NGR)
Neutral Grounding Resistance adalah tahanan yang dipasang
antara titik neutral trafo dengan pentanahan di mana berfungsi
untuk memperkecil arus gangguan yang terjadi sehingga diperlukan
proteksi yang praktis dan tidak terlalu mahal karena karakteristik
relai dipengaruhi oleh sistem pentanahan titik netral.
Neutral Grounding Resistance atau Resistance Pentanahan
Trafo, yaitu resistance yang dipasang pada titik neutral trafo yang
dihubungkan Y (bintang). NGR biasanya dipasang pada titik netral
trafo 70 kV atau 20 kV, sedangkan pada titik neutral trafo 150 kV
dan 500 kV digrounding langsung (solid). NILAI NGR yaitu ;
Tegangan 70 kV 40 ohm, 20 kV 12 ohm, 40 ohm, 200 ohm dan
500 ohm
Ada dua jenis NGR, Liquid dan Solid
1) Liquid berarti resistornya menggunakan larutan air murni yang
ditampung didalam bejana dan ditambahkan garam (NaCl)
untuk mendapatkan nilai resistansi yang diinginkan
2) Solid yaitu NGR jenis padat terbuat dari Stainless Steel,
FeCrAl, Cast Iron, Copper Nickel atau Nichrome yang diatur
sesuai nilai tahanannya.
Gambar 3.13 Neutral Grounding Resistance
e. Indikator
Untuk mengawasi salama transformator beroprasi, maka
perlu adanya indicator pada transformator sebagai berikut :
- Indicator Suhu Minyak
- Indikator Permukaan Minyak
- Indikator Sistem Pendingin
- Indikator Kedudukan Tap
3.4 Peralatan Proteksi Internal
a. Relai Bucholtz
Penggunaan relai deteksi gas (Bucholtz) pada transformator minyak
yaitu untuk mengamankan transformator yang didasarkan pada gangguan
transformator seperti: arcing, partial discharge, over heating yang
umumnya menghasilkan gas. Gas-gas tersebut dikumpulkan pada
ruangan relai dan akan mengerjakan kontak-kontak alarm.
Relai deteksi gas juga terdiri dari suatu peralatan yang tanggap
terhadap ketidaknormalan aliran minyak yang tinggi yang timbul pada
waktu transformator terjadi gangguan serius. Peralatan ini akan
menggerakkan kontak trip yang pada umumnya terhubung dengan
rangkaian trip pemutus arus dari instalasi transformator tersebut. Ada
beberapa jenis relai bucholtz yang terpasang pada transformator.
Relai sejenis tapi digunakan untuk mengamankan ruang On Load
Tap Changer (OLTC) dengan prinsip kerja yang sama sering disebut
dengan Relai Jansen. Terdapat beberapa jenis antara lain sama seperti
relai bucholtz tetapi tidak ada kontrol gas, jenis tekanan ada yang
menggunakan membran/selaput timah yang lentur sehingga bila terjadi
perubahan tekanan karena gangguan akan berkerja, di sini tidak ada
alarm akan tetapi langsung trip dan dengan prinsip yang sama hanya
menggunakan pengaman tekanan atau sakelar tekanan. Gambar
konstruksi Relai Bucholtz seperti gambar 3.14.
Gambar 3.14 konstruksi Relai Bucholtz
b. Jansen Membran
Alat ini berfungsi untuk Pengaman tekanan lebih (Explosive
Membrane)/Bursting Plate yang kontruksinya seperti gambar 3.17 Relai
ini bekerja karena tekanan lebih akibat gangguan di dalam transformator,
karena tekanan melebihi kemampuan membran yang terpasang, maka
membran akan pecah dan minyak akan keluar dari dalam transformator
yang disebabkan oleh tekanan minyak.
Gambar 3.15 konstruksi Jansen Membran
c. 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 di dalam tangki, karena gas yang dibentuk oleh
decomposisi dan evaporasi 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 millidetik, tangki trafo akan meledak
dan terjadi panas lebih pada cairan, konsekuensinya pada dasarnya harus
memberikan suatu peralatan pengaman. Peralatan pengaman harus cepat
bekerja mengevakuasi tekanan tersebut. Gambar konstruksi relai tekanan
lebih dapat dilihat pada gambar 3.18.
d. Relai Pengaman Tangki
Relai bekerja sebagai pengaman jika terjadi arus mengalir tangki
akibat gangguan fasa ke tangki atau dari instalasi bantu seperti motor
kipas, sirkulasi dan motor-motor bantu yang lain, pemanas dll. Arus ini
sebagai pengganti relai diferensial sebab sistim relai pengaman tangki
biasanya dipasang pada trafo yang tidak dilengkapi trafo arus di sisi
primer dan biasanya pada trafo dengan kapasitas kecil.
Trafo dipasang di atas isolator sehingga tidak terhubung ke tanah
kemudian dengan menggunakan kabel pentanahan yang dilewatkan
melalui trafo arus dengan tingkat isolasi dan ratio yang kecil kemudian
tersambung pada relai tangki tanah dengan ratio trafo arus antara 300 s/d
500 dengan sisi sekunder hanya 1 Amp.
3.5 Relai Proteksi trafo
Jenis relai proteksi pada trafo tenaga adalah sebagai berikut.
a. Relai Arus Lebih (over current relay)
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap
gangguan hubung singkat antar fasa di dalam maupun di luar daerah
pengaman transformator juga diharapkan relai ini mempunyai sifat
komplementer dengan relai beban lebih. Relai ini berfungsi pula
sebagai pengaman cadangan bagi bagian instalasi lainnya.
Prinsip kerjanya sebagai barikut :
Relay ini akan memberikan perintah pada PMT pada saat terjadi
gangguan bila besar arus gangguannya melampaui penyetelannya
(Im), dan jangka waktu kerja relai mulai pik up samapai kerja relai
sangat singakat tanpa penundaan waktu ( 20 – 60 mdet ), liaht
gambar 4.4 relai ini jarang berdiri sendiri tetapi umumnya
dikombinasikan dengan relai lain.
Gambar 3.16 Relay Arus Lebih
b. Relay Voltage Over
Relay ini berfungsi untuk memngamankan taransformator terhadap
gangguan tegangan lebih pada transformator. Berguna untuk mencegah
kerusakan winding trafo atau Generator dari voltage.Jika kenaikan
tegangan diikuti oleh kenaikan frekwensi maka, relay akan kerja
meskipun sebenarnya peralatan tidak mengalami overksitasi.
Prinsip Kerjanya :
Bila tegangan dipasang maka akan timbul arus pada kumparan
utama dan bila mana arus ini melampaui harga tertentu akan
menghasilakan torsi pada piringan akan berputar serta menutup
kontaknya .
Gambar 3.17 Rangkaian pada Voltage Over Relay
Gambar 3.18 Voltage OverRelay
c. Relai Difrensial
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap
gangguan hubung singkat yang terjadi di dalam daerah pengaman
transformator
Prinsip kerjanya sebagai berikut :
Jika terjadi gangguan diluar peralatan listrik peralatan listrik yang
diamankan (external fault), maka arus yang mengalir akan
bertambah besar, akan tetapi sirkulasinya akan tetap sama dengan
pada kondisi normal, sehingga relay pengaman tidak akan bekerja
untuk gangguan luar tersebut. Jika gangguan terjadi didalam
(internal fault), maka arah sirkulasi arus disalah satu sisi akan
terbalik, menyebabkan keseimbangan pada kondisi normal
terganggu, akibatnya arus ID akan mengalir melalui relay
pengaman dari terminal 1 menuju ke terminal 2. Selama arus-arus
sekunder transformator arus sama besar, maka tidak akan ada arus
yang mengalir melalui kumparan kerja (operating coil) relay
pengaman, tetapi setiap gangguan (antar fasa atau ke tanah) yang
mengakibatkan sistem keseimbangan terganggu, akan
menyebabkan arus mengalir melalui Operating Coil relay
pengaman, maka rela pengaman akan bekerja dan memberikan
perintah putus (tripping) kepada circuit.
Gambar 3.19 Single line diagram relai differensial dan ref
Gambar 3.20 Relay Diferensial
d. Relai Gangguan Tanah
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator gangguan
hubung tanah, di dalam dan di luar daerah pengaman transformator.
Relai arah hubung tanah memerlukan operating signal dan polarising
signal. Operating signal diperoleh dari arus residual melalui rangkaian
trafo arus penghantar (Iop = 3Io) sedangkan polarising signal diperoleh
dari tegangan residual. Tegangan residual dapat diperoleh dari
rangkaian sekunder open delta trafo tegangan.
Gambar 3.21 Rangkaian Open Delta Trafo Tegangan
Gambar 3.22 Relai Gangguan Tanah
c. Announciator Sistem Instalasi Tegangan Tinggi
Annunciator adalah indikator kejadian pada saat terjadi ketidak
normalan pada sistem instalasi tegangan tinggi, baik secara individu
maupun secara bersama. Annunciator terjadi bersamaan dengan relai
yang bekerja akibat sesuatu yang terjadi ketidak normalan pada
peralatan tersebut.
Annunciator biasanya berbentuk petunjuk tulisan yang pada
kondisi normal tidak ada penunjukan, bila terjadi ketidak normalan
maka lampu di dalam indikator tersebut menyala sesuai dengan kondisi
sistem pada saat tersebut. Kumpulan indikator-indikator tersebut
biasanya disebut sebagai announciator.
Announciator yang terlengkap pada saat sekarang adalah pada
instalasi gardu induk SF6, sebab pada system GIS banyak sekali kondisi
yang perlu dipantau seperti tekanan gas, kelembapan gas SF6 disetiap
kompartemen, posisi kontak PMT, PMS baik PMS line, PMS Rel
maupun PMS tanah dll. Untuk itu pembahasan tentang annunciator
akan diambil dari sistem annunciatornya gardu induk SF6.
d. Relai Tangki Tanah
Relai ini berfungsi untuk mengamankan transformator terhadap
hubung singkat antara kumparan fasa dengan tangki transformator dan
transformator yang titik netralnya ditanahkan. Relai bekerja sebagai
pengatan jika terjadi arus mengalir dari tangki akibat gangguan fasa ke
tangki atau dari instalasi bantu seperti motor kipas, sirkulasi dan motor-
motor bantu, pemanas dll. Pengaman arus ini sebagai pengganti relai
diferensial sebab sistem relai pengaman tangki biasanya dipasang pada
trafo yang tidak dilengkapi trafo arus di sisi primer dan biasanya pada
trafo dengan kapasitas kecil. Trafo dipasang di atas isolator sehingga
tidak terhubung ke tanah kemudian dengan menggunakan kabel
pentanahan yang dilewatkan melalui trafo arus dengan tingkat isolasi
dan ratio yang kecil kemudian tersambung pada relai tangki tanah
dengan ratio Trafo Arus (CT) antara 300 s/d 500 dengan sisi sekunder
hanya 1 Amp.
top related