simulasi aliran daya dan sitem proteksi ... pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude...
TRANSCRIPT
SIMULASI ALIRAN DAYA DAN SITEM PROTEKSI TRANSFORMATOR PADA
PT WIRE ROD MILL
M.Azamul Faiz Dinul Haq K1, Ir. Bambang Winardi
2
1Mahasiswa dan
2Dosen Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia
Email : [email protected]@gmail.com
Abstrak
Studi aliran daya merupakan penentuan atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun daya reaktif
yang terdapat pada berbagai titik jaringan listrik pada keadaan operasi normal, baik yang sedang berjalan maupun
yang diharapkan akan terjadi di masa yang akan datang. Dengan studi aliran daya dapat mengetahui tegangan-
tegangan pada setiap bus yang ada dalam sistem, baik magnitude maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan daya
reaktif yang mengalir dalam setiap saluran yang ada dalam system, kondisi dari semua peralatan, apakah
memenuhi batasbatas yang ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang diinginkan.
Untuk menyelesaikan studi aliran daya, metode yang sering digunakan adalah metode Gauss-Seidel dan
metode Newton Raphson. Metode Newton Raphson lebih cepat mencapai nilai konvergen sehingga proses iterasi
yang berlangsung lebih sedikit.
Pada Laporan kerja praktek ini, penulis akan membahas tentang simulasi aliran daya pada PT Wire Rood
Mill dengan menggunaka software ETAP 7.0. Adapun metode aliran daya yang digunakan adalah metode newton-
raphson.
Selain itu untuk menjaga kosistensi tenaga listrik yang 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:Aliran daya, newton-raphson, ETAP Sistem Pengamanan Elektris, Transformator Tenaga, Rele
Elektris, Rele Mekanis
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Studi aliran daya merupakan penentuan
atau perhitungan tegangan, arus, daya aktif
maupun daya reaktif yang terdapat pada
berbagai titik jaringan listrik pada keadaan
operasi normal, baik yang sedang berjalan
maupun yang diharapkan akan terjadi di masa
yang akan datang. Dengan studi aliran daya
dapat mengetahui tegangan-tegangan pada setiap
bus yang ada dalam sistem, baik magnitude
maupun sudut fasa tegangan, daya aktif dan
daya reaktif yang mengalir dalam setiap saluran
yang ada dalam system, kondisi dari semua
peralatan, apakah memenuhi batasbatas yang
ditentukan untuk menyalurkan daya listrik yang
diinginkan.
1.2 Tujuan
Mengetahui dan bisa menjalankan
software ETAP Power Station untuk
menganalisa aliran daya.
Mengetahui losses, drop tegangan, dan total
demand daya serta sistem proteksi transformator
daya pada pabrik Wire Rod Mill PT. Krakatau
Stell TBK.
1.3 Pembatasan Masalah
Makalah ini membahas mengenai sitem
proteksi transformator yang digunakan pada PT
Wire Rood Mill dan analisis aliran daya pada PT
Wire Rood Miil dengan menggunakan ETAP
Power Station 7.0. Metode aliran daya yang
digunakan adalah Newton-Raphson.
II. DASAR TEORI 2 DASAR TEORI
2.1 Studi Aliran Daya listrik
Studi aliran daya merupakan penentuan atau
perhitungan tegangan, arus, daya aktif maupun
daya reaktif yang terdapat pada berbagai titik
jaringan listrik pada keadaan operasi normal,
baik yang sedang berjalan maupun yang
diharapkan akan terjadi di masa yang akan
datang (Stevenson,1996).
Adapun tujuan dari studi analisa aliran
daya antara lain (Sulasno,1993):
a. Untuk mengetahui tegangan-tegangan pada
setiap bus yang ada dalam sistem, baik
magnitude maupun sudut fasa tegangan.
b. Untuk mengetahui daya aktif dan daya
reaktif yang mengalir dalam setiap saluran
yang ada dalam sistem.
c. Untuk mengetahui kondisi dari semua
peralatan, apakah memenuhi batasbatas
yang ditentukan untuk menyalurkan daya
listrik yang diinginkan.
d. Untuk memperoleh kondisi mula pada
perencanaan sistem yang baru.
e. Untuk memperoleh kondisi awal untuk
studi-studi selanjutnya seperti : studi
hubung singkat, stabilitas, dan pembebanan
ekonomis.
Beberapa hal di atas inilah yang sangat
diperlukan untuk menganalisa keadaan sekarang
dari sistem guna perencanaan perluasan sistem
yang akan datang.
Persamaan umum untuk arus yang mengalir
menuju suatu bus adalah (Pai,1979) :
I1 = Y11 V1 + Y12 V2 + Y13 V3 + … + Y1nVn
I2 = Y21 V1 + Y22 V2 + Y23 V3 + … + Y2n Vn
I3 = Y31 V1 + Y32 V2 + Y33 V3 + … + Y3n Vn
. . . .
.
. . . .
.
. . . .
.
In = Yn1 V1 + Yn2 V2 + Yn3 V3 + … + Ynn Vn
(1)
atau dapat juga ditulis dengan persamaan
berikut :
∑ (2)
Daya kompleks pada bus p tersebut adalah :
Sp = Pp + jQp = Vp Ip* (3)
dengan memasukkan Persamaan (2) ke
Persamaan (3) akan menghasilkan :
∑
(4)
Apabila bagian real dan imajiner dari
Persamaan (4) dipisahkan maka akan diperoleh :
[ ∑
] (5)
[ ∑
] (6)
apabila impedansi dinyatakan dalam bentuk
siku-siku maka :
Ypq = Gpq + jBpq
sehingga persamaan daya pada Persamaan
(5) dan (6) akan menjadi:
| | ∑ | |[ ( )
( )] (7)
| | ∑ | |[ ( )
( )] (8)
Metode Newton Raphson
Pada metode Newton Raphson, slack bus
diabaikan dari perhitungan iterasi untuk
menentukan tegangan-tegangan, karena besar
dan sudut tegangan pada slack bus telah
ditentukan. Sedangkan pada generator bus , daya
aktif dan magnitude tegangan bernilai tetap,
sehingga hanya daya reaktif yang dihitung pada
setiap iterasinya. Dalam analisa aliran daya, ada
dua persamaan yang harus diselesaikan pada
tiap-tiap bus. Kedua persamaan itu adalah
seperti pada Persamaan (7) dan Persamaan (8).
Dalam penyelesaian iterasi pada metode
Newton Raphson, nilai dari daya aktif (Pp) dan
daya reaktif (Qp) yang telah dihitung harus
dibandingkan dengan nilai yang ditetapkan,
dengan persamaan berikut (Pai,1979):
| | ∑ | |[ (
) ( )] (9)
| |∑ | |[ (
) ( )] (10)
dimana superskrip spec berarti yang
ditetapkan (specified) dan calc adalah yang
dihitung (calculated).
Proses iterasi ini akan berlangsung sampai
perubahan daya aktif (ΔPp) dan perubahan daya
reaktif (ΔQp) tersebut telah mencapai nilai
konvergen (ε ) yang telah ditetapkan. Pada
umumnya nilai konvergen antara 0,01 sampai
0,0001. (Sulasno,1993).
Matrik Jacobian terdiri dari turunan
parsial dari P dan Q terhadap masing-masing
variabel, besar dan sudut fasa tegangan, dalam
Persamaan (7) dan Persamaan (8). Besar dan
sudut fasa tegangan yang diasumsikan serta daya
aktif dan daya reaktif yang dihitung digunakan
untuk mendapatkan elemenelemen Jacobian.
Setelah itu akan diperoleh harga dari perubahan
besar tegangan, | |
| |, dan perubahan sudut fasa
tegangan, Δδ.
Secara umum persamaan tersebut dapat
ditulis sebagai berikut (Pai,1979):
[ ]( ) [
]( )[ | |
| |
]( )
(11)
Submatrik H, N, J, L menunjukkan
turunan parsial dari Persamaan (7) dan (8)
terhadap |V | dan δ, dimana matrik tersebut
disebut matrik Jacobian. Nilai dari masing-
masing elemen Jacobian sebagai berikut
(Pai,1979):
a. Untuk p ≠ q
| || |[ ( )
( )]
| | | || |[ ( )
( )]
| || |[ ( )
( )]
| | | || |[ ( )
( )]
(12)
b. Untuk p = q
| |
| | | |
| |
| | | |
(13)
dengan :
| | ∑ | |[ ( )
( )]
| | ∑ | |[ ( )
( )]
2.2 Sistem Proteksi Tenaga Listrik
sistem proteksi tenaga listrik adalah
sistem proteksi yang dilakukan kepada
peralatan-peralatan listrik yang terpasang
pada suatu sistem tenaga misanya generator,
transformator jaringan, dan lain-lain,
terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu
sendiri. Kondisi abnormal itu dapat berupa
antara lain : hubung singkat, tegangan lebih,
beban lebih, frekuensi sistem rendah,
asinkron dan lain-lain.
2.2.1 Syarat Sistem Proteksi
Suatu proteksi sistem tenaga dipilih
berdasarkan syart-syrat berikut:
a. Selektifitas (slektiity), hanya mendeteksi
dan mengisolasi peralatan yang
mengalami gangguan
b. Keandalan (reliability), sistem proteksi
yang handal didasarkan pada 2 hal yaitu:
- Terpercaya (dependability),
tidak boleh gagal bekerja
- Aman (security), tidak boleh
trip saat memang tidak terjadi
gangguan .
c. Kecepatan (speed), beroperasi secepat
mugkin untuk mengurangi dampak
waktu kegagalan produksi dan
memastikan keaman para pekerja.
d. Kepekaan (sensitivity), mendeteksi
gangguan sekecil apapun,baik arus atau
ketidaknormalan sistem dan beroperasi
setelannya.
2.2.2 Komponen Dasar Sistem Proteksi
Ada 5 komponen dasar dari sistem proteksi
tenaga listrik yaitu:
a. Relai berfungsi sebagai pengubah sinyal
dari alat pemantau dan memberikan
perintah untuk membuka rangkaian saat
terjadi gangguan.
b. Trafo arus dan trafo tegangan berfungsi
untuk memantau dan memberikan data
yang akurat tentang kesehatan sistem.
c. Pengaman Lebur (fuse)
Fuse dapat menghancurkan diri
(putus/melebur) untuk mengamankan
perlengkapan yang terlindungi.
d. Pemutus tenaga (PMT)
Berfungsi untuk menyalurkan arus
dalam jumlah yang besar kedalam
rangkain dan memutus rangkaian ketika
terdapat arus gangguan berdasarkan
perintah dari relai.
e. Baterai DC
Baterai DC memberikan catu daya
kepada relai dan kontrol pemutus PMT.
2.3 Transformator Tenaga
Transformator tenaga merupakan suatu
alat listrik yang berfungsi untuk menaikan
atau menurunkan teganggan bolak-balik
melalui suatu gandengan magnet dan
bedasarkan prinsip induksi elaktro magnet
Gamabar 1 Transformator
Ada beberapa jenis transformator tenaga
yaitu:
a. Transformator step-down
b. Transformator step-up
c. Autotransformator
d. Autatransformator variabel
e. Transformator isolasi
f. Transformator pulsa
g. Transformator Tiga fasa
Suatu transformator tenaga terdiri dari
beberapa bagian.
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
2.4 Gangguan Pada Transformator tenaga
Gangguan pada tranformator tenaga
dikelompokan menjadi 2 (dua) bagian
yaitu :
a. Gangguan Internal
Gangguan internal
adalah gangguan yang terjadi di
dalam transformer tenaga itu
sendiri. Gangguan internal dapat
berupa :
Incipient fault
Gangguan hubung
singkat
b. Gangguan eksternal
Gangguan yang tejadi di luar
transformator tenaga (pada
sistem tenaga listrik) tetapi
dapat menimbulkan gangguan
pada transformator yang
bersangkutan. Gangguan yang
dapat di golongkan dalam
gangguan eksternal ini adalah
sebagai berikut:
- Gangguan hubung
singkat di luar
transformator.
- Beban lebih (over load)
- Gelombang surja
III. SIMULASI ALIRAN DAYA DENGAN
MENGGUNAKAN ETAP DAN SISTEM
PROTEKSI TRAFO ABB 30 W
3.1 Single Line Diagram PTKS-WRM
Gambar 2 Single line diagram pabrik Wire Rod M
3.2 Hasil Simulasi dengan Menggunaka
ETAP
Tabel 1Daya yang mengalir pada bus
Bus Generation Load
Load Flow
ID kV MW Mvar MW Mvar ID MW Mvar Amp %PF
Bus14 30,000 19,883 3,360 0 0 HV Distribution 19,883 3,360 388,1 98,6
Bus15 30,000 19,883 3,360 0 0 HV Distribution 19,883 3,360 388,1 98,6
Bus22 0,500 0 0 1,650 0,799 HV Distribution -1,650 -0,799 2104,8 90,0
Bus23 0,500 0 0 1,650 0,799 HV Distribution -1,650 -0,799 2104,8 90,0
Bus24 0,500 0 0 1,444 0,700 HV Distribution -1,444 -0,700 1884,9 90,0
Bus41 0,500 0 0 1,363 0,578 HV Distribution -1,363 -0,578 1720,2 92,1
Bus43 0,380 0 0 0,676 0,334 HV Distribution -0,676 -0,334 1149,3 89,7
Bus50 0,380 0 0 0,690 0,289 HOV 22 -0,690 -0,289 1164,9 92,2
Bus58 0,380 0 0 0 0 HOV 21 -1,774 -0,791 3104,5 91,3
LV distrib. rough
&inter 0,602 0,266 1052,1 91,5
LV Distribution
CO2-C22 0,768 0,339 1341,6 91,5
LV Distribution
DO2-D22 0,119 0,053 208,4 91,3
LV Distribution
Oil 0,285 0,133 502,5 90,6
Bus71 0,380 0 0 0,487 0,216 LV Distrib.Furn&
Wtr Pl 2 -0,487 -0,216 852,1 91,4
Bus91 0,380 0 0 1,442 0,588 Water Suplai -1,442 -0,588 2457,3 92,6
Bus92 0,380 0 0 2,136 0,931 Water Suplai -2,136 -0,931 3677,1 91,7
Bus106 6,000 0 0 0 0 Bus110 3,321 1,234 337,1 93,7
Bus110 3,321 1,234 337,1 93,7
HV Distribution -6,642 -2,467 674,2 93,7
Bus110 1,470 0 0 6,609 2,065 Bus106 -3,304 -1,032 1375,9 95,5
Bus106 -3,304 -1,032 1375,9 95,5
Bus124 6,000 0 0 0 0 Bus125 3,321 1,234 337,1 93,7
Bus125 3,321 1,234 337,1 93,7
HV Distribution -6,642 -2,467 674,2 93,7
Bus125 1,470 0 0 6,609 2,065 Bus124 -3,304 -1,032 1375,9 95,5
Bus124 -3,304 -1,032 1375,9 95,5
D0 E11-14 0,700 0 0 1,889 1,171 HV Distribution -1,889 -1,171 1879,2 85,0
HOV 21 0,380 0 0 0 0 HV Distribution -3,119 -1,379 5451,4 91,5
Bus58 1,774 0,791 3104,5 91,3
LV Distrib.Furn&
Wtr Pl 2 1,345 0,588 2347,0 91,6
HOV 22 0,380 0 0 1,105 0,487 HV Distribution -1,795 -0,776 3045,4 91,8
Bus50 0,690 0,289 1164,9 92,2
HOV 23 0,380 0 0 1,148 0,471 HV Distribution -1,148 -0,471 1900,4 92,5
HV Distribution 6,000 0 0 0,000 -
15,906 Bus14 -19,799 -1,816 1891,8 99,6
Bus15 -19,799 -1,816 1891,8 99,6
Water Suplai 3,978 2,057 426,1 88,8
HOV 22 1,808 0,916 192,9 89,2
HOV 21 3,172 1,761 345,3 87,4
HOV 23 1,154 0,518 120,4 91,2
Bus43 0,677 0,357 72,8 88,5
Bus41 1,368 0,631 143,3 90,8
intermediatemill
14-17L1 1,785 0,991 194,3 87,4
intermediatemill
14-17L2 1,785 1,242 206,9 82,1
stelmor blower 1,678 0,758 175,2 91,1
D0 E11-14 1,896 1,309 219,2 82,3
prefinishl1 1,115 0,752 127,9 82,9
prefinishl2 1,116 0,736 127,1 83,5
Bus23 1,664 0,898 179,9 88,0
Bus22 1,664 0,898 179,9 88,0
Bus24 1,456 0,779 157,1 88,2
Bus106 6,642 2,467 674,2 93,7
Bus124 6,642 2,467 674,2 93,7
intermediatemill
14-17L1 0,700 0 0 1,778 0,861 HV Distribution -1,778 -0,861 1665,0
intermediatemill
14-17L2 0,700 0 0 1,778 1,102 HV Distribution -1,778 -1,102 1729,5
LV
Distrib.Furn&
Wtr Pl 2
0,380 0 0 0,858 0,372 HOV 21 -1,778 -1,345 -0,588 2347,0
Bus71 0,216 852,1 91,4
LV distrib.
rough &inter 0,380 0 0 0,602 0,266
Bus58
-1,345 -0,602 -0,266 1052,1
LV Distribution
CO2-C22 0,380 0 0 0,768 0,339
Bus58
-0,768 -0,339 1341,6
LV Distribution
DO2-D22 0,380 0 0 0,119 0,053
Bus58
0,487 -0,119 -0,053 208,4
LV Distribution
Oil 0,380 0 0 0,285 0,133
Bus58
-0,602 -0,285 -0,133 502,5
prefinishl1 0,840 0 0 1,111 0,689 HV Distribution
-1,111 -0,689 868,2
prefinishl2 0,840 0 0 1,111 0,689 HV Distribution
-0,768 -1,111 -0,689 862,8
stelmor blower 0,840 0 0 1,668 0,579 HV Distribution
-1,668 -0,579 1251,5
Water Suplai 0,380 0 0 0,345 0,150 HV Distribution
-0,119 -3,923 -1,668 6727,3
Bus91 0,588 2457,3 92,6
Bus92 -0,285 0,931 3677,1 91,7
Dari tabel di atas dapat dilihat daya yang
mengalir pada tiap bus. Besarnya daya yang
mengalir tergantung pada beban yang terpasang
pada bus tersebut. Pada beberapa bus besarnya
nilai beban sebesar 0 (nol), hal ini disebabkan
karena daya yang masuk pada bus tersebut sama
dengan daya yang keluar dari bus tersebut.
Tabel 5.5 Hasil simulasi tegangan dan
beban pada tiap bus
Bus Voltage
ID kV %Mag Ang.
Bus14 30 100 0,0
Bus15 30 100 0,0
Bus22 0,5 100,58 -6,9
Bus23 0,5 100,58 -6,9
Bus24 0,5 98,32 -6,7
Bus41 0,5 99,38 -6,1
Bus43 0,38 99,61 -5,9
Bus50 0,38 97,57 -7,8
Bus58 0,38 95,03 -9,5
Bus71 0,38 95,03 -9,5
Bus91 0,38 96,28 -11,0
Bus92 0,38 96,28 -11,0
Bus106 6 101,13 -4,4
Bus110 1,47 98,82 -7,4
Bus124 6 101,13 -4,4
Bus125 1,47 98,82 -7,4
D0 E11-14 0,7 97,53 -7,2
HOV 21 0,38 95,03 -9,5
HOV 22 0,38 97,57 -7,8
HOV 23 0,38 99,18 -6,2
HV
Distribution 6 101,13 -4,4
intermediatemi
ll 14-17L1 0,7 97,85 -7,6
intermediatemi
ll 14-17L2 0,7 99,74 -7,4
LV
Distrib.Furn&0,38 95,03 -9,5
Wtr Pl 2
LV distrib.
rough &inter 0,38 95,03 -9,5
LV
Distribution
CO2-C22
0,38 95,03 -9,5
LV
Distribution
DO2-D22
0,38 95,03 -9,5
LV
Distribution
Oil
0,38 95,03 -9,5
prefinishl1 0,84 103,48 -6,6
prefinishl2 0,84 104,14 -6,0
stelmor blower 0,84 97 -9,5
Water Suplai 0,38 96,28 -11,0
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa,
terdapat beberapa bus yang yang masuk
dalam kondisi over voltagedan under
voltage. Seperti pada bus prefinishl1 dan
prefinishl2 dimana rating/limitpada bus
tersebut sebesar 0,84 kV namun pada bus
tersebut beroprasi masing-masing yaitu
0,869 kV dan 0,875 kV sehingga bus
tersebut termasuk dalam kondisi Over
voltage. Akan tetapi profil tegangan masih
dalam batas toleransi ± 5%.
Tabel 5.6Losses dan drop voltage
ID Type
Losses Vd %
drop
in
Vmag
kW kVar
finishing L1 Trafo 16,594 201,4 2,31
finishingL1 Trafo 16,594 201,4 2,31
Finishing
L2 Trafo 16,594 201,4 2,31
finishing L2 Trafo 16,594 201,4 2,31
H1- T11 Trafo 83,004 1543,9 1,13
H2-T11 Trafo 83,004 1543,9 1,13
T2 Trafo 54,701 388,3 4,85
T 3 Trafo 13,121 140 3,56
T 4 Trafo 53,88 382,4 6,1
T 5 Trafo 6,548 46,5 1,95
T 6 Trafo 1,229 22,9 1,52
T 7 Trafo 4,97 53,0 1,75
T 8 Trafo 7,001 130,2 3,28
T 9 Trafo 7,554 140,5 1,39
T 10 Trafo 9,621 178,9 4,13
T 11 Trafo 7,432 138,2 3,6
T 12 Trafo 3,426 63,7 2,35
T 13 Trafo 4,411 47,1 3,01
T 14 Trafo 13,906 98,7 0,55
T 15 Trafo 13,906 98,7 0,55
T 17 Trafo 11,152 79,2 2,81
Total 45,24 5.901,7
0
Dari tabel di atas dapat mengetahui
bahwa semakin besar beban maka lossesnya
akan semakin besar pula, hal itu dikarenakan
pada saat beban bertambah maka arus akan
bertambah pula sehingga rugi-rugi saluran (I2R)
akan semakin besar pula.
Tabel 5.7 Total Beban dan losses
MW MVar MVA
Source 19,883 3,360 20,164
Demand 19,883 3,360 20,164
Load 39,765 6,72 46,782
Losses 0,445 5,902
Total demand pada Pabrik Wire Rod
Mill sebesar 19,883 MW dan 3,360MVar,
Sedangkan lossesnya sebesar 0,445 MW dan
5,902 MVar.
3.3 Sistem Proteksi Transformator
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.
3.3.1 Rele Mekanik
1. Rele Bucholz
Relai bucholz 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
Gambar 3 rele bucholz
Reli bucholz akan bekerja ketika :
- Terjadi akumulasi gas pada
transformator akibat low-energey partial
discarge , arus bocor, pemanasan lokal
atau akibat kemasukan udara.
- Terjadi kebocoran oli transformator
sehingga cairan isolasi transformator
berkurang/habis
- Timbulnya gas dalam jumlah yang besar
akibat dekomposisi minyak secara cepat
karena terjadinya high –energy arc
discharge.
2. Relai junsen
Relai ini memiliki konstruksi dan
prinsip kerja yang sama dengan Relai
Bucholz, tapi relai ini digunakan untuk
mengamankan ruang On Load Tap Changer
(OLTC) pada transformer. Sedikit berbeda
dengan relai Bucholz, relai Jansen pada
Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 / 20
kV yang menjadi fokus penulis hanya
memiliki 1 buah kontak. Relai Jansen ini
tidak memiliki kontak untuk alarm, tapi
hanya memiliki kontak untuk tripping coil
yang akan langsung memutus circuit
breaker / pemutus tenaga. Berikut ini adalah
gambar dari relai Jansen.
Gambar 4 Relai Junsen
3. Relai Tekanan Lebih
Gangguan – gangguan berupa flashover dan
hubung singkat internal (antar phasa atau
antara phasa dan ground) biasanya diikuti
dengan kenaikan tekanan yang signifikan
pada tangki transformer. Hal ini disebabkan
oleh dekomposisi dan evaporasi
minyak.Apabila tekanan lebih ini tidak bisa
dieliminasi dalam waktu beberapa milidetik,
akan terjadi panas berlebih pada minyak
transformer atau lebih parah lagi akan
menyebabkan tangki transformer meledak.
Oleh karena itu, Transformer Tenaga ABB
30 MW 150 / 20 kVyang menjadi fokus
penulis dilengkapi oleh Relai Tekanan
Lebihyang berfungsi untuk membatasi
besar kenaikan tekanan saat terjadinya
gangguan.
Relai ini bekerja oleh kenaikan tekanan
gas yang tiba – tiba dan langsung
mentripkan pemutus tenaga (PMT) jika
tekanan di dalam tangki transformer
mencapai 2,2 bar. Alat pengaman tekanan
lebih ini berupa membran yang terbuat dari
kaca, plastik, tembaga atau katup berpegas,
sebagai pengaman tangki transformator
terhadap kenaikan tekan gas yang timbul di
dalam tangki yang akan pecah pada tekanan
tertentu dan kekuatannya lebih rendah dari
kekuatan tangki transformator. Berikut ini
adalah gambar dari Relai Tekanan Lebih.
Gambar 5. Relai Tekanan Lebih
4. Relai Temperatur Belitan (Winding
Temperature Relay) dan Relai
Temperature Minyak
Untuk proteksi pembebanan berlebih,
biasanya transformer dilengkapi dengan
beberapa sensor suhu / thermometer yang
dipasang pada bagian atas transformer.
Sensor – sensor suhu ini terhubung dengan
relai temperatur minyak dan relai temperatur
belitan yang memiliki kontak – kontak kipas
angin (fan), alarm, dan tripping coil yang
akan bekerja jika tercapai temperature
abnormal atau temperature yang berbahaya.
Berikut ini adalah skema dan gambar relai
temperatur minyak dimana sensor suhunya
ditempatkan di dalam tangki tansformer
bagian atas.
Gambar 6. Sekema Relai Temapetaur
Minyak
Gambar 7. Relai Temperatur Minyak
Temperatur belitan diukur dengan cara
tidak langsung (indirect). Temperatur
minyak diambil sebagai representasi dari
temperatur belitan, ditambah data
pengukuran arus dari CT yang akan
mengoreksi nilai temperatur belitan. Berikut
ini adalah skema dan gambar relai
temperatur belitan dimana sensor suhunya
ditempatkan di dalam tangki tansformer
bagian atas.
Gambar 8. Skema Relai Temperatur Belitan
Gambar 9. Gambar Relai Temperatur Belitan
Transformer Tenaga ABB 30 MW 150 /
20 kVyang menjadi fokus penulis memiliki
satu buah relai temperatur minyak dan 2
buah temperatur belitan, satu buah untuk sisi
High Voltage (HV) dan satu buah untuk sisi
Low Voltage (LV). Tabel berikut ini
menampilkan kontak – kontak relai yang
akan bekerja pada temperatur – temperatur
tertentu.
Temperatur (derajat
Celcius) Kontak yang Bekerja
90 Alarm step 1
105 Alarm step 2 (trip CB) 3.3.2 Relai Elektrik
1. Relai Difrensial
Relai diferensial sebuah transformer
membandingkan arus input yang masuk ke
transformer dan arus output yang keluar dari
transformer. Relai akan bekerja (memutus
circuit breaker / pemutus tenaga) jika arus
differensial yang melewati relay lebih besar
dari nilai tertentu, tergantung pada setting
dari relai.Relai ini akan melindungi
transformer dari gangguan internal dan
gangguan hubung singkat (antar phasa atau
phasa ke tanah) pada transformer. Berikut
ini adalah skema pemasangan relai
diferensial pada sebuah transformer tiga
phasa.
Gambar 10. Skema Pemasangan Relai
Diferensial
2. Relai Gangguan ke Tanah Terbatas
(Restricted Earth Fault Relay)
Relai gangguan ke tanah terbatas berfungsi
untuk mendeteksi gangguan internal dari
sebuah transformer. Berikut ini adalah
skema pemasangan relai diferensial pada
sebuah transformer tiga phasa.
Gambar 11. Skema Pemasangan Relai
Gangguan ke Tanah Terbatas
3. Relai Arus Lebih (Over Current
Relay) dan Relai Gangguan ke
Tanah (Earth Fault Relay)
Relai arus lebih /overcurrent
relay(OCR) dan relai gangguan ke tanah
/earth fault relay(GFR) adalah relai yang
berfungsi sebagai proteksi back upterhadap
relai diferensial dan relai relai gangguan ke
tanah terbatas (restricted earth fault). Kedua
relai ini berfungsi untuk melindungi
transformer dari gangguan internal,
gangguan hubung singkat eksternal, dan
pembebanan berlebih yang terlalu tinggi.
Kedua relai ini tidak bisa membedakan
antara gangguan – gangguan di atas, namun
jika salah satu gangguan terjadi, relai – relai
ini akan bekerja.
Berikut ini adalah dua skema
pemasangan relai arus lebih (OCR) dan relai
gangguan ke tanah (GFR) pada sebuah
transformer tiga phasa dengan konfigurasi
Y.
Gambar 12. Skema Pemasangan Relai
Gangguan ke Tanah dan Relai Arus
Lebih
Gambar 13. Gam3bar Panel Relai Gangguan ke
Tanah dan Relai Arus Lebih
CT – CT yang terlihat pada gambar di
atas akan membaca arus yang mengalir pada
belitan ketiga phasa dan netral transformer. Bila
arus yang mengalir melewati nilai tertentu
selama kurun waktu tertentu, relai akan bekerja
dan memutus circuit breaker / pemutus tenaga.
Relai – relai ini tidak boleh bekerja (mentripkan
PMT) pada kondisi operasi normal dari
transformer.
IV. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Kerja Praktek merupakan kegiatan yang bagus,
karena para mahasiswa bisa terjun langsung ke
lapangan dan melihat permasalahan-
permaslahan yang ada. Permasalahan tersebut
nantinya juga akan dirasakan para mahasiswa
selepas kuliah nanti. Dan dari pelaksanaan Kerja
Praktek yang telah kami lewati di PT Krakatau
Steel Divisi WRM, dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut ini :
1. Supply listrik untuk keperluan pabrik ini
diambil dari PT Krakatau Daya Listrik
dan dibantu juga oleh Perusahaan Listrik
Negara (PLN).
2. Supply tegangan dari gardu induk
diturunkan secara bertahap mulai dari 30
kV sampai 380 V, 500 V, 700 V, 840 V,
1470 V menuju ke beban melalui
transformator stepdown.
3. ETAP (Electric Transient and Analysis
Program) merupakan suatu perangkat
lunak yang mendukung sistem tenaga
listrik.Tujuan dari studi aliran daya
penentuan atau perhitungan tegangan,
arus, daya aktif maupun daya reaktif
yang terdapat pada berbagai titik
jaringan listrik pada keadaan operasi
normal, baik yang sedang berjalan
maupun yang diharapkan akan terjadi di
masa yang akan datang.
4. Semakin besar beban maka lossesnya
akan semakin besar pula, hal itu
dikarenakan pada saat beban bertambah
maka arus akan bertambah pula
sehingga rugi-rugi saluran ( ) akan
semakin besar pula.
5. Terdapat 2 kondisi peringatan load flow
pada software ETAP ini, yaitu critical
dan marginal, yang jika terlampaui
maka dapat menyebabkan kerusakan
atau kegagalan operasi.
6. Total beban yang diterima gardu induk
PT. Krakatau Daya Listrik sebesar
19,883 MW dan 3,360 Mvar.
DAFTAR PUSTAKA
[1] John J. Grainger, William D. Stevenson, Jr.,
“Power System Analysis”, McGraw-Hill
Inc, 1994
[2] Hadi Saadat, “Power System Analysis”,
McGraw-Hill Inc, 1999
[3] Turan Gonen, “Modern Power System
Analysis”, John Wiley & Sons, 1988
[4] Sulasno, Ir. “Analisis Sistem
tenaga”,Semarang: Badan Penerbit
Universitas Diponegoro, 1993
[5] Sulasno, Ir. “Sistem Distribusi Tenaga
Listrik”,Semarang: Satya Wacana, 1993
BIODATA PENULIS
M.Azamul Faiz Dinul Haq,
lahir di Brebes 26 Maret
1992. Menempuh
pendidikan di SD Negeri
Mendala I , SMP
Muhammadiyah Sirampog , SMA
Muhammadiyah Bumiayu dan sekarang sebagai
mahasiswa Teknik Elektro Universitas
Diponegoro
Semarang, 18 Desember 2013
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Ir. Bambang Winardi
19610616 199303 1 002